Kỹ thuật điều chế QPSK cho hệ thống thông tin quang vô tuyến DWDM

Bài viết kỹ thuật điều chế trực tiếp IM/DD (RZ và NRZ) thì kỹ thuật điều chế quang coherent QPSK khoảng cách truyền đi xa hơn khi ứng dụng trong hệ thống DWDM quang vô tuyến FSO. Bởi vì, thông tin truyền đi của nó được chứa trong pha của sóng mang từ kỹ thuật điều chế quang coherent QPSK tạo ra và do đó nó có khả năng chịu những biến động từ môi trường khí quyển tốt hơn so với kỹ thuật điều chế trực tiếp IM/DD. Mời các bạn cùng tham khảo!

Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Kỹ Thuật Điều Chế QPSK Cho Hệ Thống Thông Tin Quang Vô Tuyến DWDM Lê Quốc Cường, Sở Thông tin Truyền thông TPHCM, email: cuonglequoc@gmail.com Lê Duy Hưng, Học viện Cơng nghệ Bưu Chính Viễn thơng TPHCM, email: hungle10988@gmail.com Tóm tắt – Truyền thơng quang vơ tuyến FSO cơng nghệ truyền dẫn tín hiệu quang qua môi trường vô tuyến (không gian tự do) Truyền thông quang vô tuyến xem giải pháp hứa hẹn thay cho kết nối vơ tuyến băng rộng nhờ ưu điểm mà có bao gồm: Triển khai nhanh, trọng lượng thiết bị nhẹ, truyền thơng dung lượng cao, chi phí thấp, không yêu cầu cấp phép tần số Trong truyền dẫn quang vô tuyến việc sử dụng kỹ thuật điều chế đưa nhằm tăng hiệu suất kênh truyền, truyền dẫn liệu tốc độ cao FSO sử dụng kỹ thuật điều chế trực tiếp IM/DD cho hiệu suất kênh truyền không cao, bị ảnh hưởng nhiễu loạn kênh truyền fading…Khi sử dụng kỹ thuật điều chế coherent có tính linh hoạt sử dụng với loại điều chế biên độ, tần số pha Giải pháp đưa ứng dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM kết hợp với kỹ thuật điều chế QPSK nhằm để tăng hiệu suất kênh truyền, với kỹ thuật ghép kênh cho phép nhiều bước sóng truyền qua hệ thống quang vơ tuyến tăng dung lượng kênh truyền, đồng thời giải pháp đáp ứng ứng dụng cho việc truyền dẫn liệu tốc độ cao Từ khóa – Quang vô tuyến (FSO), kỹ thuật điều chế IM-DD, QPSK, ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DWDM I ĐẶT VẤN ĐỀ Các công nghệ FSO xuất lần vào năm 1960 Đến cuối năm 1980 sản phẩm thương mại xuất khơng thành cơng rào cản cơng nghệ, cự ly ngắn, dung lượng thấp Hiệu suất hệ thống FSO bị ảnh hưởng nhiều yếu tố mơi trường truyền sóng, biến động ngẫu nhiên khơng khí q trình thiết kế hệ thống FSO việc lựa chọn kỹ thuật điều chế thích hợp đóng vai trò quan trọng đòi hỏi phải có khả thích nghi tốt cho hiệu suất tối ưu, khả thích nghi kỹ thuật phức tạp để thực thực tế khơng thích hợp[4] Khi cường độ quang bị ảnh hưởng hiệu ứng nhấp nháy, biến động môi trường gây ra, sử dụng kỹ thuật điều chế mang thông tin vào pha tần số tín hiệu tốt nhiều Điều chế khóa dịch pha (PSK) có khả thích nghi tốt, cung cấp hiệu suất cao so với kỹ thuật điều chế IM/DD có biến động môi trường[4] Khi thiết kế hệ thống DWDM 40 Gbps 32 kênh sử dụng kỹ thuật điều chế IM/DD cho chất lượng dịch vụ chưa cao bị ảnh hưởng biến động ngẫu nhiên môi trường[1] Truyền dẫn quang vô tuyến FSO đơn kênh sử dụng hệ thống coherent DWDM kết hợp với kỹ thuật điều chế QPSK đề suất với tốc độ bit từ 1Gbps đến 100 Gbps mở rộng kỹ thuật điều chế IM/DD vấn đề ISBN: 978-604-67-0635-9 409 409 nghiên cứu, cung cấp chất lượng dịch vụ tương đối cao ứng dụng truyền dẫn cao Nhưng ghép kênh FSO sử dụng hệ thống coherent DWDM kết hợp với kỹ thuật điều chế QPSK với tốc độ bit cao lên đến 1.28 Tbps vấn đề đưa nghiên cứu lần II HỆ THỐNG KÊNH TRUYỀN QUANG VƠ TUYẾN FSO A Mơ hình hệ thống quang vơ tuyến FSO Hình 1: Mơ hình kênh truyền quang vơ tuyến FSO định: Tín hiệu quang đầu vào tách sóng xác 𝑦𝑦 𝑦 𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 (1) Trong a, I, 𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋, tổng suy hao đường truyền, cường độ tín hiệu phát, q trình ngẫu nhiên đại diện cho tín hiệu nhấp nháy gây nhiễu loạn khơng khí y tín hiệu quang nhận Suy hao kênh truyền gây hai nguyên nhân hấp thụ tán xạ Tổng suy hao kênh truyền xác định bởi: 𝐴𝐴 𝑎𝑎 𝑎 𝜋𝜋(𝜑𝜑𝜑𝜑/2)2 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(−𝛽𝛽𝑣𝑣 𝐿𝐿) (2) Với A độ thu, L khoảng cách truyền, 𝜑𝜑 góc phân kỳ radian 𝛽𝛽𝑣𝑣 hệ số dập tắt khí B Mơ hình kênh truyền Log-normal Khi tín hiệu quang qua kênh truyền khơng gian tự bị ảnh hưởng biến động ngẫu nhiên, hiệu ứng nhấp nháy, nhiễu loạn khơng khí, truyền khoảng cách ngắn Những nguyên nhân làm tăng tỉ lệ BER làm giảm hiệu suất hệ thống Khi biến động yếu ảnh hưởng nhiễu loạn 𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋 trình ngẫu nhiên có hàm phân bố log-normal Giả sử trung bình trình ngẫu nhiên 𝑋𝑋 bình thường hàm phân bố mật độ xác suất (pdf) cho Majumdar tính sau[5] 𝑓𝑓𝑋𝑋 (𝑥𝑥𝑥𝑥 √2𝜋𝜋𝜎𝜎𝑠𝑠 𝑥𝑥 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 [− (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑠𝑠2 ⁄2) 2𝜎𝜎𝑠𝑠2 ] (3) Với 𝜎𝜎𝑠𝑠2 phương sai cường độ log mà phụ thuộc vào đặc tính kênh truyền cho sau: Thảo Quốc Gia 2015về vềĐiện Điện Tử, Tử,Truyền Truyền Thông Thông Thông Tin Tin (ECIT 2015) HộiHội Thảo Quốc Gia 2015 vàCông CôngNghệ Nghệ Thông (ECIT 2015) 𝜎𝜎𝑠𝑠2 = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒 0.49𝜎𝜎𝑅𝑅2 12/5 7/6 (1+0.18𝑑𝑑 +0.56𝜎𝜎𝑅𝑅 ) + 0.51𝜎𝜎𝑅𝑅2 12/5 5/6 (1+0.9𝑑𝑑 +0.62𝜎𝜎𝑅𝑅 ) dụng chất bán dẫn laser băng thơng rộng có cơng suất lớn, máy thu thiết kế sử dụng lượng thông tin truyền kết hợp đầu vào chẳng hạn tiền khuếch đại quang (PIN) diode quang điện thác (APD) có kích thước khác nhau[16] ] − (4) Với 𝑑𝑑 𝑑 √𝑘𝑘𝑘𝑘2 /4𝐿𝐿 , 𝑘𝑘 𝑘 𝑘𝑘𝑘⁄𝑘𝑘 số sóng quang, L khoảng cách truyền D đường kính độ thu Tham số 𝜎𝜎𝑅𝑅2 phương sai Rytov, giả sử lan truyền sóng cho bởi: 𝜎𝜎𝑅𝑅2 = 1.23𝐶𝐶𝑛𝑛2 𝑘𝑘 7/6 𝐿𝐿11/6 𝐶𝐶𝑛𝑛2 (5) số độ cao phụ thuộc chiết suất có giá Với trị khoảng 10-17 đến 10-12 tùy thuộc độ mạnh, yếu kênh truyền nhiễu loạn khơng khí Hình 2: Khoảng cách truyền IM/DD FSO Tại đầu tách sóng APD có tín hiệu điện khác trạng thái "on" "off" cho bởi: 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔2𝑃𝑃𝑡𝑡 + 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑜𝑜𝑜𝑜" (13) 𝑟𝑟𝑒𝑒 = { 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 Với 𝑔𝑔 độ lợi trung bình, 𝑃𝑃𝑡𝑡 cơng suất phát quang trung bình, R độ nhạy tách sóng APD Ngược lại với nhiễu nhiệt, nhiễu bắn phụ thuộc vào thành phần bên tách sóng APD khác trạng thái "on" "off" Nhiễu bắn mơ hình hóa ngẫu nhiên nhiễu Gaussian (AWGN) với nghĩa phương sai 𝜎𝜎𝑆𝑆𝑆 2𝑞𝑞𝑞𝑞 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑡𝑡 ∆𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑜𝑜𝑜𝑜" 𝜎𝜎𝑆𝑆𝑆 ={ (14) 0, "𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 Trong q điện tích electron, 𝐹𝐹𝐴𝐴 biểu thị hệ số nhiễu vượt APD cho bởi: (15) 𝐹𝐹𝐴𝐴 = 𝑘𝑘𝐴𝐴 𝑔𝑔 𝑔 (1 − 𝑘𝑘𝐴𝐴 )(2 − 1⁄𝑔𝑔𝑔 Với 𝑘𝑘𝐴𝐴 hệ số ion hóa Phương sai tổng số lượng nhiễu APD cho bởi[16]: C Mơ hình kênh truyền Gamma-gamma Khi kênh truyền nhiễu động mạnh, phân bố log-normal tạo khác biệt lớn với kết thực nghiệm Lý hàm pdf log-normal đánh giá thấp ảnh hưởng đoạn cuối so với kết thực nghiệm Trong trường hợp 𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋 mơ hình hóa q trình dừng với phân bố gamma-gamma tính bởi[5]: 𝑓𝑓𝑋𝑋 (𝑥𝑥) = 2(𝛼𝛼𝛼𝛼)(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄2 Γ(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 𝑥𝑥 (𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄ 2−1 𝐾𝐾𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 (2√𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼) (6) Với Γ( ) hàm gamma, 𝐾𝐾𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 ( ) hàm sửa đổi Bessel có thứ tự 𝛼𝛼 𝛼 𝛼𝛼 𝛼𝛼 𝛽𝛽 tham số pdf mô tả biến động diễn sóng Trong trường hợp thang đo nội (𝑙𝑙0 = 0) tính: 0.49𝜎𝜎𝑅𝑅 𝛼𝛼 𝛼 𝛼𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 [ 12/5 7/6 (1+1.11𝜎𝜎𝑅𝑅 ) 0.51𝜎𝜎𝑅𝑅 𝛽𝛽𝛽𝛽𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 [ 12/5 5/6 (1+0.69𝜎𝜎𝑅𝑅 ) ] − 1} ] − 1} −1 (7) −1 𝜎𝜎𝑛𝑛2 (8) Với 𝜎𝜎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝛽𝛽𝛽𝛽𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 [ 0.51𝜎𝜎𝑃𝑃 12/5 5/6 (1+0.69𝜎𝜎𝑃𝑃 cho bởi: 𝜎𝜎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 = 0.16𝜎𝜎𝑅𝑅2 ( 𝜂𝜂𝑥𝑥 𝑄𝑄 𝜂𝜂𝑥𝑥 +𝑄𝑄 ) 7/6 ) × [1 + 1.75 ( 𝜂𝜂𝑥𝑥 ] − 1} 𝜂𝜂𝑥𝑥 +𝑄𝑄 (10) ) − 0.25 ( 𝜂𝜂𝑥𝑥 𝜂𝜂𝑥𝑥 +𝑄𝑄 Các thơng số cần thiết cịn lại tìm thấy như: 𝜂𝜂𝑥𝑥 = 2.61 𝑄𝑄 1/6 1+0.45𝜎𝜎𝑅𝑅 11/12 𝜎𝜎𝑃𝑃2 = 3.86𝜎𝜎𝑅𝑅2 {(1 + 1⁄𝑄𝑄2 ) 0.27 (1+𝑄𝑄2 )7/24 ; 𝑄𝑄 𝑄 11 [𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡−1 𝑄𝑄𝑄𝑄 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡−1 𝑄𝑄𝑄] − 3.5𝑄𝑄5/6 } 1.51 (1+𝑄𝑄2 )4 12 ) ] (11) 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡−1 𝑄𝑄𝑄𝑄 4𝑘𝑘𝐵𝐵 𝑇𝑇 𝑅𝑅𝐿𝐿 𝐹𝐹𝑛𝑛 ∆𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 (16) (17) Trong 𝑃𝑃(1), 𝑃𝑃(0) đại diện cho xác suất truyền "on" "off" bit tương ứng Xác suất phát bit "off" bit "on" truyền 𝑃𝑃(0|1) 𝑃𝑃(1|0) ngược lại Với 𝑃𝑃(1) = 𝑃𝑃(0) = 0.5 nhiễu phương sai khác trạng thái "on" "off" Xác suất 𝑃𝑃(0|1) 𝑃𝑃(1|0) không chúng phụ thuộc vào ngưỡng định Khi điều kiện 𝑃𝑃(0|1) = 𝑃𝑃(1|0) BER tính sau: 𝑄𝑄 (19) 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒 ) √2 Tham số Q cho bởi: 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑡𝑡 𝐼𝐼 (20) 𝑄𝑄 𝑄 10.89𝐿𝐿 𝑘𝑘𝑘𝑘0 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓2 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑡𝑡 ∆𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑜𝑜𝑜𝑜" Trong thực tế hệ thống FSO sử dụng IM/DD với OOK có thiết kế đơn giản dễ thực Tuy nhiên, cần phải thiết lập ngưỡng để phát tỷ lệ lỗi bit tín hiệu BER hệ thống FSO sử dụng IM/DD tính sau [11][16]: 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵(1)𝑃𝑃(0|1) + 𝑃𝑃(0)𝑃𝑃(1|0) (18) (9) −1 𝑇𝑇 𝐹𝐹 ∆𝑓𝑓 𝑅𝑅𝐿𝐿 𝑛𝑛 2 Với: 𝜎𝜎𝑛𝑛2 = 𝜎𝜎𝑆𝑆𝑆 + 𝜎𝜎𝑇𝑇𝑇 Trong trường hợp thang đo nội khác (𝑙𝑙0 ≠ 0) tham số 𝛼𝛼 𝛽𝛽 tính: ] − 1}−1 𝛼𝛼 𝛼 {𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒[𝜎𝜎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 ={ 4𝑘𝑘𝐵𝐵 𝜎𝜎𝑛𝑛𝑛𝑜𝑜𝑜𝑜+𝜎𝜎𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 Giá trị BER kênh truyền tính[13][16]: (12) ∞ 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 ∫0 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒 √2(𝜎𝜎 III KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG QUANG VÔ TUYẾN FSO 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑡𝑡 𝐼𝐼 ) 𝑓𝑓𝑋𝑋 (𝑥𝑥)𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑛𝑛𝑛𝑜𝑜𝑜𝑜 +𝜎𝜎𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 ) Trong kênh truyền gamma-gamma[5]: ∞ 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 ∫0 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒 A Kỹ thuật điều chế IM/DD Trong hệ thống thông tin quang vô tuyến FSO khoảng cách truyền máy phát máy thu kết nối với dựa tầm nhìn thẳng (LOS) Các máy phát thường sử 410 410 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑡𝑡 𝐼𝐼 )× √2(𝜎𝜎 𝑛𝑛 +𝜎𝜎 𝑛𝑛 ) 𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 (21) Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) 𝜆𝜆 : Bước sóng phát tín hiệu 𝑧𝑧: Khoảng cách kênh truyền máy phát máy thu 𝐺𝐺𝑇𝑇 , 𝐺𝐺𝑅𝑅 : Độ lợi máy phát máy thu 𝜋𝜋𝜋𝜋 𝜋𝜋𝜋𝜋 (25) 𝐺𝐺𝑇𝑇 = ( 𝑇𝑇)2 , 𝐺𝐺𝑅𝑅 =( 𝑅𝑅 )2 𝜆𝜆 𝜆𝜆 𝐷𝐷𝑇𝑇 , 𝐷𝐷𝑅𝑅 : Khẩu độ thấu kính máy phát máy thu 𝐿𝐿 𝑇𝑇 , 𝐿𝐿𝑅𝑅 : Hệ số định hướng máy phát máy thu 𝐿𝐿 𝑇𝑇 = exp(−𝐺𝐺𝑇𝑇 (𝜃𝜃𝑇𝑇 )2 ), 𝐿𝐿𝑅𝑅 = exp(−𝐺𝐺𝑇𝑇 (𝜃𝜃𝑅𝑅 )2 ) (26) 𝜃𝜃𝑇𝑇 , 𝜃𝜃𝑅𝑅 gốc định hướng máy phát máy thu 2(𝛼𝛼𝛼𝛼)(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄2 (𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄ −1 𝐾𝐾𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 (2√𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)) 𝑑𝑑𝑑𝑑 ×( 𝑥𝑥 Γ(𝛼𝛼)Γ(𝛽𝛽) ∞ = ∫ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑡𝑡 𝐼𝐼 𝑇𝑇 𝑇𝑇 √2 (√4𝑘𝑘𝐵𝐵 𝑅𝑅 𝐹𝐹𝑛𝑛 ∆𝑓𝑓 𝑓 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓2 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑡𝑡 ∆𝑓𝑓 + √4𝑘𝑘𝐵𝐵 𝑅𝑅 𝐹𝐹𝑛𝑛 ∆𝑓𝑓) 𝐿𝐿 𝐿𝐿 ( ) 2(𝛼𝛼𝛼𝛼)(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄2 × ( Γ(𝛼𝛼)Γ(𝛽𝛽) 𝑥𝑥 (𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼) ⁄2−1 𝐾𝐾𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 (2√𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)) 𝑑𝑑𝑑𝑑 (22) Trong kênh truyền log-normal[5]: ∞ 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 ∫0 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒 [ √2𝜋𝜋𝜎𝜎𝑠𝑠 𝑥𝑥 ∞ = ∫0 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒 [ √2𝜋𝜋𝜎𝜎𝑠𝑠 𝑥𝑥 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 [− 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑡𝑡 𝐼𝐼 )× √2(𝜎𝜎 𝑛𝑛 +𝜎𝜎 𝑛𝑛 ) 𝑜𝑜𝑜𝑜 (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑠𝑠2 ⁄2) 2𝜎𝜎𝑠𝑠2 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑠𝑠2 ⁄2) 2𝜎𝜎𝑠𝑠2 ]] 𝑑𝑑𝑑𝑑 ∞ 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 ∫0 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑓𝑓𝑋𝑋 (𝑥𝑥)𝑑𝑑𝑑𝑑 Để tính BER ta phải xem xét trường hợp cụ thể ]] 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑡𝑡 𝐼𝐼 𝑇𝑇 𝑇𝑇 √2(√4𝑘𝑘𝐵𝐵 𝑅𝑅 𝐹𝐹𝑛𝑛 ∆𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓2 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑡𝑡 ∆𝑓𝑓+√4𝑘𝑘𝐵𝐵 𝑅𝑅 𝐹𝐹𝑛𝑛∆𝑓𝑓) 𝐿𝐿 𝐿𝐿 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 [− Với BER hệ thống sử dụng tách sóng APD khơng khí nhiễu động mơ hình hóa kênh truyền fading chậm BER hệ thống tính sau: 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 ≈ 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙2 𝑀𝑀 𝑄𝑄 𝑄√2𝛾𝛾𝛾 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝜋𝜋 𝑥𝑥𝑥 𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑀𝑀 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑎𝑎 2𝜎𝜎𝑛𝑛 (26) 𝑥𝑥𝑥 (27) Với 𝛾𝛾𝛾 tín hiệu nhiễu trung bình thu Vì điều chế QPSK nên ta có số mức trạng thái M=4 Q(.) Gaussian hàm Q có dạng[5]: )× (23) B Kỹ thuật điều chế QPSK Trong môi trường quang vô tuyến FSO kỹ thuật điều chế QPSK thể hình 3[10]: −𝑡𝑡 ∞ 𝑄𝑄(𝑦𝑦) = ∫ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 ( ) 𝑑𝑑𝑑𝑑 √2𝜋𝜋 𝑦𝑦 Giá trị BER kênh truyền tính[5][13]: ∞ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑎𝑎 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 ∫0 𝑄𝑄 𝑄 𝑥𝑥𝑥 𝑥𝑥𝑋𝑋 (𝑥𝑥)𝑑𝑑𝑑𝑑 2𝜎𝜎𝑛𝑛 (28) (29) Trong kênh truyền gamma-gamma[5]: ∞ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑎𝑎 𝑥𝑥𝑥 𝑥 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 ∫0 𝑄𝑄 𝑄 ×[ ∞ = ∫ 𝑄𝑄 ( 2(𝛼𝛼𝛼𝛼)(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄2 Γ(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 2𝜎𝜎𝑛𝑛 𝑥𝑥 (𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄ 2−1 𝐾𝐾𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 (2√𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)]dx 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑎𝑎 2√2𝑞𝑞𝑞𝑞2 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑃𝑃𝑠𝑠 𝑎𝑎𝑎𝑎∆𝑓𝑓 𝑓 𝑓𝑓𝑓𝐵𝐵 × [ 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐹𝐹𝑛𝑛 ∆𝑓𝑓 𝑅𝑅𝐿𝐿 ) 2(𝛼𝛼𝛼𝛼)(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄2 (𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)⁄ −1 𝐾𝐾𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 (2√𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼)] 𝑑𝑑𝑑𝑑 (30) 𝑥𝑥 Γ(𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 Trong kênh truyền log-normal[5]: Hình 3: Sơ đồ điều chế QPSK FSO Mơ hình tổng quan kỹ thuật điều chế QPSK FSO Phương pháp điều chế quang phân loại thành hai nhóm điều chế trực tiếp điều chế Điều chế trực tiếp kỹ thuật đơn giản trực tiếp điều chỉnh biên độ chùm tia laser lại bị ảnh hưởng hiệu ứng chirp làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất hệ thống Tuy nhiên điều loại bỏ cách sử dụng kỹ thuật điều chế để điều chỉnh pha sóng mang quang Do hệ thống đáp ứng yêu cầu tương lai dịch vụ truyền liệu tốc độ cao Công suất thu tách sóng quang cho cơng thức sau[11]: 𝜆𝜆 (24) 𝑃𝑃𝑅𝑅 = 𝑃𝑃𝑇𝑇 𝜂𝜂 𝑇𝑇 𝜂𝜂𝑅𝑅 ( )2 𝐺𝐺𝑇𝑇 𝐺𝐺𝑅𝑅 𝐿𝐿 𝑇𝑇 𝐿𝐿𝑅𝑅 4𝜋𝜋𝜋𝜋 𝑃𝑃𝑅𝑅 : Là cơng suất tín hiệu máy thu 𝑃𝑃𝑇𝑇 : Là cơng suất phát tín hiệu máy phát 𝜂𝜂 𝑇𝑇 ,𝜂𝜂𝑅𝑅 : Hiệu suất lượng tử photodiode máy phát máy thu 411 411 ∞ (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑠𝑠2 ⁄2)2 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑃𝑃𝑠𝑠 𝑎𝑎 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒𝑒 ]] 𝑑𝑑𝑑𝑑 2𝜎𝜎𝑛𝑛 2𝜎𝜎𝑠𝑠2 √2𝜋𝜋𝜎𝜎𝑠𝑠 𝑥𝑥 ∞ =∫0 𝑄𝑄 𝑄 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑎𝑎 2√2𝑞𝑞𝑞𝑞2 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑃𝑃𝑠𝑠 𝑎𝑎𝑎𝑎∆𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝐵𝐵 [ √2𝜋𝜋𝜎𝜎𝑠𝑠 𝑥𝑥 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 [− 𝑇𝑇 𝐹𝐹 ∆𝑓𝑓 𝑅𝑅𝐿𝐿 𝑛𝑛 (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑠𝑠2 ⁄2) 2𝜎𝜎𝑠𝑠2 𝑥𝑥𝑥𝑥 ]] 𝑑𝑑𝑑𝑑 (31) IV MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN A Mơ hình điều chế Mơ hình điều chế QPSK DWDM FSO mô tả sau: Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) B Mô đánh giá kết  Sử dụng thu phát sóng trực tiếp IM/DD dùng kiểu điều chế RZ: Hình 4: Sơ đồ khối điều chế QPSK DWDM FSO Kỹ thuật điều chế QPSK DWDM kênh truyền quang vô tuyến thiết kế gồm khối: Bộ phát gồm có 32 khối điều chế QPSK với công suất phát từ đến 10dBm Bộ tách/ghép kênh (Mux/DeMux) kênh truyền vô truyến FSO với tần số kênh truyền 193.1THz, băng thông kênh truyền 40Gbps, tín hiệu thu kết nối tới giải ghép 32 kênh sau kênh tín hiệu cho qua giải điều chế QPSK quang Các tham số hệ thống quang vơ tuyến DWDM FSO: Hình 5: Kết mơ BER RZ dùng 32 kênh sử dụng PIN thu Bảng 1: Tham số hệ thống DWDM FSO Các Tham Số Giá Trị Cấu hình FSO Tầm nhìn thẳng (LOS) Dung lượng 32 kênh, 40Gbps Điều chế RZ, NRZ QPSK quang coherent Tần số kênh truyền trung 193.1 THz tâm hệ thống DWDM Công suất phát dBm đến 10 dBm Công suất dao động nội Giống công suất máy máy thu phát Chiều dài chuỗi 64 Mẫu bit 256 Độ rộng dòng laser 0.1MHz Dòng tối 10 nAmp Độ nhạy APD A/W Đường kính độ phát 150 mm Đường kính độ thu 150 mm Hiệu suất máy phát quang 0.8 Hiệu suất máy thu quang 0.8 Sai số định hướng phát 1.1 Sai số định hướng thu 1.1 Các suy hao thêm vào 1dB Hình 6: Kết mô BER RZ dùng 32 kênh sử dụng APD thu Với điều chế RZ có cơng suất ngõ vào 10dBm khoảng cách đạt khoảng 614 km Với giá trị hàm Qfactor nhận có kết hợp với thuật tốn sữa lỗi (FEC) giá trị nhận 6.8 (BER