Luận văn: Nghiên cứu kỹ thuật thông tin quang vô tuyến và tính toán thiết kế tuyến quang vô tuyến tại thành phố Đà Nẵng

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

129
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 qua không gian (FSO – Free Space Optics).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: 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 THÔNG TIN QUANG VÔ TUY N VÀ TÍNH TOÁN 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- Công trình ñư c hoàn 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 thông tin băng thông r ng. Có ng d ng trong nhi u lĩnh v c khác nhau, trong ñi u ki n th i ti t, ñ 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 ñô th l n. Tính toán thi t k m ng thông tin quang vô tuy n c th cho thành ph Đà N ng t ñó m r ng áp d ng cho m ng thông tin băng r ng cho các ñô 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 thông tin quang vô tuy n có xem xét ñ 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 ñ tính toán mô ph ng tuy n thông 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 toán. 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 thông r ng có xem xét ñ n ñi 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 ñư c tuy n thông 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 THÔNG TIN QUANG VÔ TUY N VÀ TÍNH TOÁN 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 môi trư ng truy n sóng Chương 4: Tính toán tuy n thông tin quang vô tuy n xem xét ñ n các ñi 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 ñi m c a quang vô 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 thông tin vô tuy n Ra ñ 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 thông r ng, tính linh ho t c a h th ng.v.v ñã nhanh chóng ñư c ñưa 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 ñ i là s thay th sóng ñi 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 không c n ñăng ký và phân chia vùng t n s . * M t ñ c ñi m không mong mu n là tín hi u quang vô tuy n b suy hao nhi u trong môi trư ng truy n ñ c bi t là trong môi trư ng có mưa, sương mù, khói b i..v.v.
-4- 1.3 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 công h th ng. * Gi m ñư c vi c ñào ñư ng chôn cáp, gi m ñư 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 thông tin băng r ng t c ñ cao cho các ho t ñ ng dư i nư c * Ph c v cho tàu bi n, tàu ng m, nghiên c u ñ 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 ñ t là hoàn toàn có th
-5- * Càng cao thì không khí l i có ít thành ph n làm c n tr ho c ph n x sóng hơn, so v i t ng không khí g n dư i m t ñ t nên cùng m t công su t phát thì c li liên l c s ñư c xa hơn 1.4 So sánh ưu như c ñi m c a quang vô 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 thông 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 thông 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 ñã 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 thông cho hư ng thông 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 ñ u có nh ng ưu, như c ñi 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 ñi m chung là băng thông không ñư c r ng b ng thông tin quang vô tuy n, chính v y kh năng mang tín hi u kém. H th ng thông tin quang vô tuy n ra ñ i b sung thêm ưu ñi m cho h thông thông tin vô tuy n làm hoàn 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 thông tin l n, ñ 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 không phù h p v i nh ng nơi có ñ a hình ph c t p.
-6- 1.4.5 H th ng thông tin quang vô tuy n * Là h th ng thông tin vô tuy n có băng thông r t r ng có kh năng ñáp 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 môi trư ng truy n. 1.4.6 Xác ñ nh ch t lư ng c a h th ng quang vô tuy n * Phép ño 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 vô tuy n góp ph n ñáp ng ñư c yêu c u băng thông r ng cho ngư i tiêu dùng, góp ph n làm hoàn thi n hơn h th ng thông tin hi n có. Kh c ph c ñư c vi c tri n khai h th ng thông 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 ñ ng ngoài tr i thư ng s d ng các Laser công su t cao trong nhóm 3B (trong b ng 2.1) ñ 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 ñáp 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 , công 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 không 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 ñòi 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 không 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 ñ 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 thông tin quang vô tuy n nói riêng vi c ñi u ch tín hi u tín hi u r t quan tr ng vì ñ 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 ñi u ch tín hi u cơ b n như sau. Đi u ch khoá d ch biên ñ (ASK) hay ñi u ch ñóng m
-8- OOK, ñi u ch khoá d ch t n FSK, ñi u ch khoá d ch pha PSK, ñi u ch khoá d ch pha vi phân DPSK, ñi 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 ñ nâng công su t phát c a các ngu n Laser. 2.2.9 H th ng bám ñu i * Trong h th ng thông tin quang không dây thì c n thi t có h th ng bám ñu 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 không chính xác trong l p ñ t theo th i gian. Do ñó, 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) ñóng m t vai trò r t quan tr ng trong h th ng thông tin quang, nơi mà thi t b này thu nh n m i ñ c tính tác ñ ng trên toàn tuy n. * Thi t b thu quang c n ph i có ñ nh y cao, ñáp 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 ñư c chuy n d i t i vùng d n nhưng n u không có m t s tác ñ ng x y ra thì s không thu ñư 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 hoá tr . Do ñó ñ 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 ñ i công su t quang thành dòng ñi n. Công th c tính dòng ñi n sinh ra t các photon là: dq dN η .λ .e.PT i0 = 0 = η .e 0 ⇔ i p = = RPT dt dt hc η .λ .e g i R h s chuy n ñ i quang ñi n[A/W] R = 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 mô 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 ñ t h th ng thông tin quang vô 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 ñ m b o an toàn 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 toàn nh t. 2.4 K t lu n chương Nh ng v n ñ k thu t ñư c trình bày trong chương ñã cho th y h th ng FSO ra ñ i hoàn toàn 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 ñ n tín hi u trong không gian. Các k thu t ñi u ch tin t c, gi i ñi u ch tin t c, khu ch ñ i tín hi u có ñ 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 SÓNG VÀ SUY HAO TÍN HI U TRONG MÔI TRƯ NG TRUY N SÓNG 3.1 Gi i thi u chương Chương này nêu ñ c ñi m ñư ng truy n tín hi u quang vô 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 vô tuy n và phương trình truy n sóng. 3.2 Đ c ñi m ñư 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 ñ t. Khí quy n tương tác v i ánh sáng ph thu c vào thành ph n không khí, trong ñi 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 (không có h p th ) g i là c a s t n s . 3.2.2 nh hư ng c a s thay ñ i không khí ñ n ch t lư ng tín hi u * S thay ñ i tính ch t c a không khí gây ra s bi n thiên cư ng ñ tín hi u theo không gian và th i gian ñ u thu 3.3 Đánh giá các y u t 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 còn t i m i ñi m trong môi trư ng. Đi u này cũng ñúng 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 ñ c a toàn th tích và thu c tính v t lý t i m i ñi m c a môi trư ng. 3.3.2 Đi u ki n ñ áp d ng lý thuy t truy n b c x (RTT) * S d ng x p x quang hình h c, ñó bư c sóng b c x ñi n t thì nh hơn h s thay ñ 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 ñi n t trong môi trư ng. * T t c quá trình tương tác ñi n t b i m t ñơn v th tích trong môi trư ng s ñư 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 không ñ 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 toán ñ suy gi m tín hi u trong không 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 thông tin như t l l i bít BER, ñ 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 vô tuy n d ng ñơn gi n (b qua hi u su t quang máy phát, nhi u máy thu…) ñư c nêu công th c sau.
- 12 - AR PR = PT . .exp(-α .Range) (3.1) ( Div.Range)2 Trong ñó: 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 không 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 không khí * Tham s nh hư ng ñ n ch t lư ng ñư ng truy n ch y u là s suy hao không khí. S suy gi m công su t laser khi qua môi trư ng không khí ñư c ñ nh nghĩa theo ñ nh lu t Beers-Lambert: P( R) τ ( R) = = e −σ R (3.2) P(0) Trong ñó: τ ( R ) là hàm truy n kho ng cách R. P(R) là công su t R; P(0) là công su t 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 ) (3.3) 4π 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 ñ t, không khí ñư c x p x b ng mô 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 - γ ( λ ) = α ( λ )mua + β ( λ ) (3.5) v i: α mưa( λ ) là suy hao do h p th b i mưa β ( λ ) là suy hao do tán x nói chung (không k ñ 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 (không k ñ n mưa) ta dùng công th c t công trình nghiên c u P.W Kruse và I.I KIM −q 3, 912  λ nm  β (λ ) =   (3.7) V  550  3.5.2 Bài toán xây d ng kênh FSO Cho m t giá tr t c ñ bít, t l l i bít BER cho trư c l a ch n bư c sóng trong d i cho phép. Tính toán xây d ng m t kênh thông tin quang vô tuy n c th * Công su t phát [ ph l c 2] PT = (10 – 25) dBm (3.8) * Tính toán suy hao do mưa theo công 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 công su t thu P R = PT − L O S S (3.10) * T yêu c u ñ ra - Cho bi t t c ñ 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 1 eSN R (3.11) BER = e r fc ( ) 2 2 2 D a vào b ng erfc ph l c 2 tìm ra ñư c giá tr eSNR
- 14 - * Tính ñ nh y c a máy thu P s e n .η . λ e S N R . 2 B .h c eSN R = ⇒ Ps e n = (3.12) 2 B .h c η .λ Trong ñó các tham s ñ u ñã bi t B ñ r ng băng thông tùy theo l a ch n t c ñ bít cho trư c, eSNR v a tìm ñư 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 ñã tìm ñư c ch n công 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 ñ ng bình thư ng. T công su t thu v a tính toán 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 công su t khuy n cáo c a thi t b c th hay không. V y ta ñã th t th c hi n các bư c gi i m t bài toán tính toán xây d ng m t kênh thông tin vô tuy n theo yêu c u t c ñ 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 ñ trong ngày, ñ m, sương mù, khói b i ñ t ñó b ng các tính toán c th nhà thi t k m ng ph i bi t ñư c ñ suy hao tín hi u trong kho ng cách thi t k ñ bù công su t, l a ch n bư c sóng sao cho phù h p.
- 15 - CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TUY N THÔNG 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 ñ thu t toán và tính toán 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 mô ph ng b ng ph n m m Matlab. 4.2 Xây d ng các lưu ñ thu t toán và tính toán h th ng thông tin quang vô tuy n xem xét ñ n các ñi 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; công 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 ñ thu t toán 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 vòng l p quét các t c ñ vòng l p quét các bư c sóng kh d ng Tính ñ nh y máy thu và suy hao t ng Vòng l p quét các giá tr công su t kh d ng Sai PR ≥ Psen + Margin Đúng Tính SNR Tính BER Sai BER < BERchophep(t cñ ,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 toán 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 không khí, ñ nh y, công su t phát, t c ñ theo m c [4.2.1] * Công su t phát; Bư c sóng; T c ñ bít theo các vòng l p * T m nhìn theo ñi u ki n th i ti t [mưa và b i t ng trong không khí] * Tính suy hao công su t t ng Loss = α ( λ ) mua .range + 10.log10( β (λ ).range) (dB/km) * Tính công su t ñ 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 1 eSN R BER = e r fc ( ) 2 2 2 4.3 Mô ph ng b ng ph n m m Matlab 4.3.1 Chương trình * Chương trình ñư 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 toán b ng Matlab Hình 4.1 BER thay ñ i theo công su t phát bư c sóng 1550 nm và t c ñ 1.25 Gbps Hình 4.3 BER thay ñ i theo công su t thu các lo i bư c sóng và t c ñ bít khác nhau Nh n xét : Trên cơ s lưu ñ thu t toán và k t qu tính toán c th , chương trình matlab th c hi n 3 vòng l p (công su t phát, bư c sóng và