Nghiên cứu kỹ thuật thông tin quang vô tuyến Thiết kế tuyến thông tin quang vô tuyến tại Đà Nẵng LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật quang vô tuyến ra đời từ những thập niên đầu của thế kỷ XX đến hiện nay đã phát tri[.]
1 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật quang vô tuyến đời từ thập niên đầu kỷ XX đến phát triển mạnh số quốc gia giới Mỹ, Na Uy, Thuỵ Điển, Pháp mang lại hiệu to lớn việc hồn thiện hệ thống thơng tin quốc gia ưu điểm trội khả truyền tải thơng tin băng rộng, tính tiện ích, giá thành thấp Chính đời sau phù hợp với mạng thông tin hệ đại truyền tải liệu tốc độ cao, nên nhanh chóng đưa vào ứng dụng mạng xương sống đô thị ngành viễn thơng Việc nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật quang vô tuyến vấn đề cấp thiết nhằm hiểu rõ chức khối, nguyên lý hoạt động, cách tổ chức thành mạng thông tin đặc biệt tính ứng dụng vào điều kiện thời tiết, địa hình, kinh tế nước ta khơng có mạng last mile quang vơ tuyến gặp nhiều khó khăn cho mạng thơng tin băng thông rộng phải kéo cáp quang cho điều kiện địa hình, phải treo cáp lên cột điện phố điều mà quan chức muốn loại bỏ làm mỹ quan thành phố, hay phải đào đường phố để chôn cáp việc làm vừa ảnh hưởng tới cảnh quan đô thị vừa ảnh hưởng tới sống người dân vấn đề ách tắc giao thông, vừa tốn Các ứng dụng cụ thể mạng thông tin quang vô tuyến trình bày tổng quan sau: - Tổ chức mạng Last mile thành phố (mạng thông tin đến người tiêu dùng) truyền tải liệu mạng thông tin băng thông rộng - Tổ chức mạng thông tin băng rộng cho khu vực biên giới, hải đảo nơi có địa hình phức tạp - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu - Tổ chức mạng thơng tin băng rộng tốc độ cao cho hoạt động nước phục vụ cho tàu biển, tàu ngầm, nghiên cứu đại dương, tìm kiếm cứu nạn… - Tổ chức mạng thông tin băng rộng cho vệ tinh vũ trụ Xuất phát từ đề trên, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu kỹ thuật thông tin quang vô tuyến Thiết kế tuyến thông tin quang vô tuyến Đà Nẵng” Luận văn gồm chương với nội dung tóm tắt sau Chương 1: Tổng quan kỹ thuật thông tin quang vô tuyến Chương 2: Hệ thống thu phát quang vô tuyến Chương 3: Suy hao tín hiệu mơi trƣờng truyền sóng Chương 4: Thiết kế tuyến thơng tin quang vô tuyến Đà Nẵng mô phần mềm Optiwave - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG VÔ TUYẾN 1.1 Giới thiệu chƣơng Nhiệm vụ chương giới thiệu lịch sử đời phát triển hệ thống thông tin vô tuyến, đặc điểm hệ thống thông tin, mục đích đối tượng phục vụ hệ thống, tính chuyên dụng khả ứng dụng hệ thống Độ đảm bảo an tồn liệu, tính vững hệ thống Độ suy hao tín hiệu đường truyền, giá thành mạng thông tin làm ảnh hưởng đến giá thành đàm thoại Qua đặc điểm hệ thống thông tin từ làm bật lên ưu điểm trội hệ thống thông tin quang vô tuyến Chương giới thiệu kỹ thuật quang vô tuyến, ứng dụng quang vô tuyến, so sánh ưu nhược điểm quang vô tuyến hệ thống thông tin khác hệ thống thông tin sợi quang hệ thống thông tin vô tuyến 1.2 Giới thiệu kỹ thuật quang vô tuyến 1.2.1 Lịch sử đời phát triển hệ thống thông tin vô tuyến Hệ thống thông tin vô tuyến đời phát triển rực rở kỷ XIX đầu kỷ XX xã hội ngày phát triển nhu cầu sử dụng thông tin ngày tăng yếu tố thúc đẩy chiến tranh giới hai nổ (1941) yêu cầu thông tin phục vụ cho chiến tranh cao, hệ thống thơng tin đời hồn thiện sóng dài, sóng trung, FM, vi ba, đa, vệ tinh, thông tin quang đỉnh cao khoa học cơng nghệ, mạng thơng tin có đặc điểm khác nhau, có tác dụng lĩnh vực - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu khác tất đảm bảo tính vững mạng thơng tin cần thiết Đến thập niên kỷ XX hệ thống thông tin quang vô tuyến đời với ưu điểm vượt trội băng thơng rộng, tính linh hoạt hệ thống.v.v nhanh chống đưa vào ứng dụng sống nhằm phục vụ nhu cầu sữ dụng thông tin băng thông rộng người tiêu dùng 1.2.2 Đặc điểm hệ thống thông tin quang vô tuyến Hệ thống thông tin quang vô tuyến Free Space Optics (FSO) đời thay sóng điện từ Electro Magnetic (EM) sóng ánh sáng Với bước sóng khoảng từ 780 - 1580 nm tương ứng với tần số khoảng từ 200 - 300 THz có tần số cao nên khả mang lượng tin lớn, tốc độ truyền 1,25Gbps, băng thông cực rộng ưu điểm trội hệ thống thông tin quang vô tuyến Làm việc tần số ánh sáng nên vượt phạm vi quản lý tần số khơng cần đăng ký phân chia vùng tần số Nhược điểm không mong muốn tín hiệu bị suy hao nhiều mơi trường truyền đặc biệt mơi trường có mưa, sương mù, khói bụi v.v Quang vơ tuyến mang lại giải pháp hấp dẫn cho vấn đề “last mile”, đặc biệt cho vùng đô thị mật độ dân đông Dịch vụ quang vô tuyến cung cấp nhu cầu băng rộng mà không cần mở rộng việc xây dựng cấu trúc hạ tầng sở đắt tiền Công nghệ tầm nhìn thẳng tránh lãng phí miền tần số không gian tồn công nghệ quảng bá Quang vô tuyến cung cấp kênh với bảo mật liệu cao dành riêng cho trao đổi thơng tin hai đầu cuối Khơng có cấp phát tần số kéo theo - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu khơng có can nhiễu quan trọng kênh khác chí người dùng sử dụng tần số sóng mang Đường cáp quang 2.5 – 10 Gbps Hình 1.1 Mơ hình kỹ thuật quang vơ tuyến 1.3 Ứng dụng quang vô tuyến 1.3.1 Tổ chức mạng Last mile “Last mile” kết nối cuối phân phối từ nhà cung cấp thông tin tới khách hàng, thuật ngữ dùng ngành viễn thơng Nó xem thách thức lớn cho nhà cung cấp dịch vụ việc triển khai rộng khắp dây cáp dẫn nhiệm vụ khó khăn Để giải vấn đề nhằm mang lại dịch vụ tốt đến khách hàng vùng “last mile” hệ thống thơng tin quang vơ - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu tuyến mang lại giải pháp hấp dẫn cho đặc biệt cho vùng đô thị mật độ dân đông Dịch vụ quang vô tuyến cung cấp băng rộng mà không cần mở rộng việc xây dựng cấu trúc hạ tầng sở đắt tiền Sự kết nối mềm mại khu vực có địa hình phức tạp, triển khai hệ thống thơng tin động nhanh, xác Tóm lại vấn đề last mile cách để phục vụ khối lượng khổng lồ người dùng nhu cầu thông tin cách kinh tế Vậy phương tiện truyền dẫn “last mile” hiệu phải: - Phân phát cơng suất tín hiệu, tức kênh truyền phải thích hợp với mức cơng suất tín hiệu - Suy hao thấp (ít xảy biến đổi sang dạng lượng không mong muốn) - Hỗ trợ băng thơng rộng - Truyền dẫn với tỉ số tín hiệu nhiễu SNR cao, công suất nhiễu thấp - Cung cấp kết nối linh hoạt Ngoài nhân tố này, giải pháp tốt cho vấn đề last mile phải mang lại cho người dùng: - Khả sẵn sàng sử dụng độ tin cậy cao - Dung lượng người dùng 1.3.2 Tổ chức mạng MAN thành phố, LAN to LAN tổ chức doanh nghiệp lớn FSO cung cấp giao diện Ethernet môi trường LAN to LAN Điều làm giảm bớt vấn đề kinh tế việc thiết lập kết nối, giao diện khu vực, việc hổ trợ đơn giản - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu Vì người quản lí mạng xây dựng mạng Fast Ethenet khu vực nhà trường, kí túc xá, với kết nối điểm tới điểm đơn giản, với tối thiểu kinh tế nguy phá vỡ mạng 1.3.3 Ứng dụng mạng GSM 3G Các mạng di động tế bào có yêu cầu băng thông tăng cấu trúc sử dụng để kết nối trạm thu phát sóng Đặc biệt dịch vụ băng rộng hệ mạng 3G làm vấn đề thêm cấp thiết Kích thước vùng phủ (cell), đặc biệt thành phố co lại FSO cung cấp băng thông lớn, không yêu cầu cấp phép nào, cho phép nhà điều hành mạng triển khai mạng nhanh chóng giá thành thấp Trong tương lai mạng điện thoại 4G; 4,5G đưa vào ứng dụng mạng quang vơ tuyến lại quan trọng công tác tổ chức mạng thông tin băng thông rộng phục phụ nhu cầu người tiêu dùng 1.3.4 Tổ chức mạng thông tin băng rộng tốc độ cao cho hoạt động nước Phục vụ cho tàu biển, tàu ngầm, nghiên cứu đại dương, tìm kiếm cứu nạn…Là nhu cầu cơng việc thiết thực phục phụ tốt cho hoạt động biển kể quân dân 1.3.5 Tổ chức mạng thông tin băng rộng cho vệ tinh vũ trụ Việc tổ chức mạng thông tin cho vệ tinh vũ trụ liên lạc với liên lạc với máy bay liên lạc với trạm mặt đất hồn tồn cao khơng khí lại có thành phần làm cản trở phản xạ sóng hơn, độ ẩm khơng khí độ suy hao tín hiệu thấp so với tầng khơng khí gần mặt đất nên cơng suất phát cự li liên lạc sẻ xa - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu 1.4 So sánh ƣu nhƣợc điểm quang vô tuyến hệ thống thông tin khác 1.4.1 Hệ thống thông tin hữu tuyến dùng cáp đồng trục Ưu điểm hệ thống thơng tin dùng cáp đồng nói chung cáp đồng trục nói riêng là, hệ thống chắn, truyền tải tín hiệu dải âm tần, chủ động thời gian đàm thoại Nhược điểm băng thông truyền dẫn thông tin hẹp phạm vi từ 0,3 đến 3,4 kHz chủ yếu, tín hiệu bị suy hao đường truyền lớn khoảng 13 đến 20 dB 1Km, khoảng cách đặt trạm lặp nhỏ khoảng 1Km/ trạm, độ trể tín hiệu lớn, kinh phí triển khai mạng thơng tin lớn dây cáp đồng đắt thời gian triển khai mạng thông tin dài 1.4.2 CATV (cáp truyền hình) Các chương trình đài FM, Internet tốc độ cao, thoại dịch vụ phi hình cung cấp Hệ thống truyền hình cáp mở rộng để cung cấp thông tin hai chiều đường cáp vật lý sẵn có Nhưng băng thơng cho hướng thông tin từ khách đến mạng tỉ số S/N đạt bị giới hạn nên người dùng gặp khó khăn chia sẻ cáp truyền hình với người dùng khác 1.4.3 Những hệ thống thông tin vô tuyến Hệ thống AM thu phát tần số sóng dài khoảng 300 - 900 kHz phản xạ qua tầng điện ly nên cự ly liên lạc xa suy hao tín hiệu mơi trường truyền nhỏ băng thông hẹp dùng cho phát Hệ thống thơng tin FM hệ thống có tần số phát cao khoảng từ 30 – 300 MHz hệ thống thu phát điểm - điểm tín hiệu phát thẳng từ anten phát đến anten thu, tần số thu phát - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu cao băng thơng rộng nên khả mang tin lớn nhiều so với hệ thống AM Nhược điểm tín hiệu suy hao nhiều đường truyền nên cự ly liên lạc gần Truyền hình, phát mặt đất hoạt động dải 50 MHz đến 1000 MHz đáp ứng yêu cầu băng thơng cho dịch vụ truyền hình, khơng thích hợp với việc truyền song công Truyền tin không dây song công, hệ thống song công dung lượng cao giới hạn tần số UHF siêu cao tần đường truyền điểm - điểm Hệ thống dung lượng cao hệ thống di động tế bào hệ 3G yêu cầu sở hạ tầng lớn hơn, địa điểm cell đặt gần nhau, nơi suy hao đường truyền lớn không gian tự do, nơi truy cập nhiều hướng từ người dùng Đặc biệt tốc độ khơng cao, độ an tồn phí sử dụng khơng phù hợp với khách hàng lớn, doanh nghiệp, tổ chức kinh tế xã hội Hệ thống vệ tinh có vùng phủ sóng rộng phục vụ nhiều người dùng chia sẻ thông tin Nhưng đường truyền vệ tinh địa tĩnh dài nên khơng thích hợp cho ứng dụng thời gian thực, tín hiệu bị suy giảm nghiêm trọng trừ sử dụng anten trạm mặt đất định hướng cao tiết diện lớn Vệ tinh phải có dung lượng cao để đảm bảo nhu cầu nhiều người dùng chia sẻ người dùng có anten lớn, với yêu cầu độ định hướng cao để thu tín hiệu Yêu cầu hệ thống vệ tinh dung lượng cao truyền tin hai hướng khơng kinh tế (do chi phí lắp đặt hệ thống vệ tinh) 1.4.4 Hệ thống thông tin cáp quang Cáp quang phương tiện trội cung cấp dung lượng thơng tin lớn, độ suy hao tín hiệu nhỏ Những cơng nghệ FTTx 10 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu (dịch vụ cung cấp cáp quang trực tiếp đến người dùng) mạng PON (mạng quang thụ động) có khả thỏa mãn nhu cầu băng thông rộng không phố biến cho hầu hết người dùng chi phí lắp đặt cao đơi khơng khả thi địa hình thời gian thi cơng mạng tương đối lớn 1.4.5 Hệ thống thông tin quang vô tuyến Free Space Optics (FSO) kỹ thuật viễn thông sử dụng phương pháp truyền ánh sáng môi trường không gian tự để truyền liệu điểm Đó kỹ thuật truyền băng rộng tầm nhìn thẳng sử dụng tín hiệu điều chế xung ánh sáng để truyền liệu Thay xung ánh sáng truyền sợi quang, chúng truyền luồng sáng hẹp xun qua khơng khí Ưu điểm trội hệ thống thông tin quang vô tuyến băng thông cực rộng, dung lượng cực lớn truyền tải tần số cao nhiều hệ thống thông tin vô tuyến khác Băng thông (BW) gấp khoảng 10.000 lần so với thông tin vi ba (khoảng 200THz, tần số vi ba khoảng 20 GHz) Triển khai hệ thống nhanh xác giá thành hệ thống thấp nên giá thành đàm thoại giảm xuống Băng thơng rộng ghép nhiều kênh ưu điểm trội Nhược điểm hệ thống thơng tin vơ tuyến tín hiệu bị suy hao lớn mơi trường truyền có mưa, sương mù, khói bụi… Chính việc dự trữ cơng suất phát để bù suy hao môi trường truyền vấn đề cần thiết để đảm bảo công suất thu với giá trị BER phạm vi cho phép 12 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT QUANG VÔ TUYẾN 2.1 Giới thiệu chƣơng Hệ thống thu phát quang vô tuyến yếu tố quan trọng định đến thành công mạng thông tin quang vơ tuyến Từ mã hố tin tức, điều chế tín hiệu, chuyển đổi E/O, khuếch đại quang, Laser phát, Laser thu, chuyển đổi O/E, giải điều chế, kỹ thuật ghép kênh…Tất khối hợp thành hệ thống thu phát quang Laser việc hiểu rõ kỹ thuật khối, ngun lý làm việc để từ tính tốn mức cơng suất phát, độ nhạy máy thu, tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) cho đảm bảo tỷ lệ lỗi bít (BER) phạm vi cho phép 2.2 Phần phát 2.2.1 Giới thiệu chung hệ thống Kỹ thuật FSO kết nối mạng vô tuyến dùng ánh sáng thay cho sóng radio, kết nối quang dựa sở Laser mà không dùng sợi quang Nó dựa kết nối thiết bị quang vô tuyến, thiết bị bao gồm thu phát quang để truyền nhận tín hiệu quang để tạo kết nối song công Tại điểm kết nối sử dụng nguồn quang thấu kính để truyền ánh sáng xun qua khơng khí tới thấu kính bên thu nhận thơng tin Tại đây, thấu kính kết nối tới thu có độ nhạy cao qua sợi quang Xử lý tín hiệu theo mơ hình sơ đồ thu phát quang vơ tuyến theo quy trình Tín hiệu tin tức cần gửi mã hố dạng tín hiệu điện sau đưa vào khối chuyển đổi O/E thành tín hiệu quang mang tin, qua khuếch đại quang, đảm bảo công suất phát sau đưa tới Laser phát để thực xạ tín hiệu quang mơi 13 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu trường Phía thu nhận tín hiệu quang từ phía phát đưa tín hiệu qua khuếch đại quang đủ lớn đưa vào khối chuyển đổi E/O thành tín hiệu điện xữ lý tin tức sở tín hiệu điện Việc xử lý tín hiệu để có hệ thống thu phát quang vơ tuyến hồn thiện cịn qua nhiều công đoạn khác lọc, nén, ghép kênh tín hiệu…ở nêu bước hệ thống thu phát quang vô tuyến 2.2.2 Các đặc điểm phát Thiết bị phát phải có cơng suất lớn, đảm bảo an toàn với mắt người Thường sử dụng theo chuẩn phân loại sau: Bảng 2.1 Phân loại độ an toàn laser phát nguồn 880 nm 1310 nm 1550 nm Nhóm 0,5 mW 8,8 mW 10 mW Nhóm 13 mW 15 mW 16 mW Nhóm 3A 0,5 – 2,5 mW 8,8 – 45 mW 10 – 50 mW Nhóm 3B 2,5 – 500 mW 45 – 500 mW 50 – 500 mW Các hệ thống hoạt động ngồi trời thường sử dụng Laser cơng suất cao nhóm 3B để đạt độ dự trữ cơng suất tốt Tiêu chuẩn an toàn đề nghị hệ thống nên đặt nơi mà luồng ánh sáng không bị gián đoạn, hay ảnh hưởng trực tiếp tới mắt người Bộ phát thường sử dụng laser diode phổ biến thị trường đáp ứng bước sóng mong muốn Có cửa sổ tần số mà thường dùng LASER có bước sóng 780 - 925 nm 1525 - 1580 nm Hệ thống FSO phải đạt tiêu sau: - Khả hoạt động tần số cao 14 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu - Sự điều chế tốc độ cao - Vùng phủ nhỏ cơng suất tiêu thụ nhỏ - Có khả hoạt động phạm vi nhiệt độ lớn mà không giảm hệ suất đáng kể - Thời gian trung bình lần bị cố 10 năm 2.2.3 Laser Diode bán dẫn LD Cấu tạo diode laser (LD) Gồm lớp bán dẫn p lớp n miền hoạt tính lớp hoạt chất Lớp hoạt chất cặp phiến phẳng - gương phản xạ đặt qua vào để phản xạ ánh sáng xạ hay gọi hốc cộng hưởng (Fabry-Frot) Nguyên lý hoạt động LD Khi có lớp điện áp phân cực đặt vào lớp tiếp giáp electron bơm vào, lớp hoạt chất kích thích, sau tái hợp với lỗ trống có điện tích dương đó, đồng thời sinh lượng dạng quang nhiệt Hốc cộng hưởng (Fabry-Frot) tạo tương tác photon electron diễn nhiều lần tạo công suất quang lớn 2.2.4 Điều khiển công suất laser Độ tin cậy laser điều đáng quan tâm hệ thống quang không dây Laser cần có thời gian hai lần sai hỏng năm Hai yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sống laser diode bán dẫn là: - Nhiệt độ hoạt động trung bình diode - Nhân tố thứ hai cơng suất trung bình laser 15 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu Xét thấy yếu tố nhiệt độ khơng thể điều khiển hệ thống ngồi trời nên để tăng thời gian sống cho thiết bị phát ta cần điều khiển công suất tự động 2.2.5 Điều chế tín hiệu Trong kỹ thuật quang có phương pháp điều chế tín hiệu sau Điều chế khoá dịch biên độ ASK hay điều chế đóng mở OOK, điều chế khố dịch tần FSK, điều chế khoá dịch pha PSK, điều chế khoá dịch pha vi phân DPSK, điều chế phân cực PoLSK Trong hệ thống thơng tin quang, có hai phương pháp điều chế tín hiệu điều chế điều chế 2.2.6 Nguồn khuếch đại Nguồn khuếch đại, EDFAs khuếch đại bán dẫn SOAs, sử dụng để nâng công suất nguồn Laser công suất thấp 2.2.7 Hệ thống bám đuổi Trong hệ thống thơng tin quang khơng dây cần thiết có hệ thống bám đuổi quang Nhằm khắc phục ảnh hưởng lệch chùm tia phía thu Các thiết bị có diện tích bề mặt tương đối lớn dễ dàng định hướng thẳng hàng tới thu quang hệ thống bám đuổi Đối với hệ thống quang gắn tòa nhà băng thơng cho hệ thống bám đuổi thấp ,với hệ thống gắn tháp trụ băng thông bám đuổi cao để chống lại tác động gió 2.3 Phần thu Chức biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, thiết bị thu quang cần phải có độ nhạy cao, đáp ứng nhanh, nhiễu thấp, giá thành hạ bảo đảm độ tin cậy cao Trong lĩnh vực thông 16 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu tin quang ta nghiên cứu vấn đề thu quang theo hiệu ứng quang điện 2.3.1 Cơ chế thu quang Khi ánh sáng đập vào vùng p bị hấp thụ trình lan truyền đến vùng N Trong trình đó, điện tử lỗ trống tạo vùng nghèo hấp thụ photon chuyển động hai hướng đối ngược tác động điện trường nên chúng tách rời Vì khơng có điện trường bên ngồi vùng nghèo nên điện tử lỗ trống tạo hiệu ứng quang điện tái hợp q trình chuyển động chúng Tuy nhiên, có vài điện tử di chuyển vào điện trường q trình chuyển động có khả thâm nhập vào vùng, có điện tạo miền P N Nếu hai đầu miền nối với mạch điện ngồi điện tử lỗ trống tái hợp mạch ngồi có dịng điện chạy qua 2.3.2 Thiết bị thu, tách sóng So với thiết bị phát ánh sáng, phận thu có nhiều giới hạn Hai hệ thống tách sóng thơng thường dùng phạm vi phổ gần hồng ngoại dựa công nghệ silicon hay InGaAs Giải điều chế bước sóng hồng ngoại 1330 nm sử dụng vật liệu silicon Giải điều chế bước sóng hồng ngoại 1550 nm sử dụng InGaAs cho việc tách sóng bước sóng Có tách sóng thơng dụng PIN silicon (Si-PIN) APD (Si-APD) Si-PIN với khuếch đại đổi tần tích hợp thơng dụng Trong tách sóng này, độ nhạy hàm băng thơng tín 17 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu hiệu điều chế, độ nhạy giảm băng thơng tách sóng tăng lên Giá trị độ nhạy thông thường Si-PIN khoảng -34 dB tốc độ 155 Mbps Si-APD có độ nhạy cao tiến trình khuếch đại (thác lũ) bên Vì tách sóng Si-APD hữu ích FSO Độ nhạy cho ứng dụng băng thơng rộng, thấp -55 dBm tốc độ vài Mbps, -52 dBm tốc độ 155 Mbps, -46 dBm 622 Mbps 2.3.3 Độ nhạy quang Tạp âm tách sóng quang Độ nhạy quang cho biết khả biển đổi cơng suất quang thành dịng điện Đối với tách sóng quang, thu quang cần phải có độ nhạy thu cao, điều địi hỏi photođiơt phải tách tín hiệu quang yếu từ phía đường truyền tới Để thực thu tín hiệu yếu này, cần phải tối ưu hố tách sóng quang mạch khuếch đại tín hiệu kèm theo đó, điều cho phép ta nhận tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR Để đạt tỷ lệ SNR cao phải hội đủ điều kiện sau: - Sử dụng tách sóng quang có hiệu suất lượng tử cao nhằm tạo cơng suất tín hiệu lớn - Phải hạn chế tạp âm tách sóng quang khuếch đại tín hiệu thu quang nhiều tốt - Tạp âm khuếch đại quang tạp âm tiền khuyếch đại khuyếch đại phía sau Nhưng thực tế, phần lớn tạp âm tách sóng tiền khuyếch đại định 18 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu 2.3.4 Thiết bị thu phát quang cụ thể Nguyên lý hoạt động Khi phát tín hiệu quang đưa tới từ cáp quang sau vào phát, tín hiệu được đưa tới xử lý liệu dẫn tới nguồn phát laser sau tín hiệu quang đưa tới kính phát điều chỉnh hội tụ tia sáng phát không gian Khi thu tín hiệu quang khơng gian hội tụ đưa tới xữ lý liệu đưa tín hiệu quang cần thu vào cáp quang Bộ định hướng có tác dụng định hướng thẳng hàng máy thu máy phát mục đích cho tia sáng tập trung lượng tốt cho máy thu 2.3.5 Sự an tồn với mắt người Khi lắp đặt hệ thống thơng tin quang vô tuyến, thiết bị phát tạo chùm laser vào khu vực có người sinh sống nên đảm bảo an toàn cho mắt người trở nên quan trọng Những hệ thống hoạt động hai bước sóng 800 nm 1550 nm Những chùm laser 800 nm nằm gần vùng hồng ngoại, vượt qua vùng giác mạc thủy tinh thể hội tụ thành vết nhỏ võng mạc nên võng mạc bị hủy hoại trước nạn nhân nhận thức Tương phản với trường hợp chùm laser 1550 nm bị hấp thụ giác mạc thủy tinh thể nên khơng hội tụ võng mạc 2.4 Kết luận chƣơng Hệ thống FSO đời hoàn toàn dựa luận chứng khoa học lý thuyết xạ ánh sáng hiệu ứng ánh sáng, truyền đẫn tín hiệu khơng gian, kỹ thuật điều chế tin tức, giải điều chế tin tức, khuếch đại tín hiệu tất yếu tố tạo nên mạng thông tin quang vô tuyến băng thông rộng phục vụ cho nhu cầu 19 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu sử dụng thông tin người tiêu dùng Laser phát dùng thông dụng laser điode LD đặc điểm đường truyền có suy hao lớn nên công suất phát loại laser thường lớn hơn, nhiệt độ laser tăng cao nên tuổi thọ laser giảm xuống so với laser dùng thông tin sợi quang Các khuếch đại quang FSO có cấu trúc đặc biệt so với thông tin sợi quang Hệ thống bám đuổi mạng FSO khâu quan trọng nhằm giữ mạng thơng tin thơng suốt có tác dụng tự động điều chỉnh định hướng tia sáng phát thu cho lượng tập trung điểm thu lớn Do yếu tố an toàn mắt người lựa chọn cửa sổ tần số tối ưu nên ta thường chọn ánh sáng có bước sóng dải 780 - 1560 nm Vấn đề nhiễu đường truyền FSO phải tính đến, trình thu phát mà thời tiết có nhiều thay đổi giơng tố, sấm sét tỉ lệ lỗi bít BER sẻ lớn 10-12 thực thu phát cần sử dụng bảng mã có sửa sai lớn phần thu cần có lọc tích cực nhằm đảm bảo độ chọn lọc tín hiệu 20 - Luanvan 24 – Đơn vị 17 năm kinh nghiệm Nhận làm luận văn tốt nghiệp uy tín hàng đầu CHƢƠNG 3: SUY HAO TÍN HIỆU TRONG MƠI TRƢỜNG TRUYỀN SĨNG 3.1 Giới thiệu chƣơng Việc tính tốn suy hao tín hiệu đường truyền, cự ly liên lạc để từ tính tốn cơng suất dự trữ, kinh phí xây dựng, tỷ lệ lổi bít BER điều kiện thời tiết cụ thể điều bắt buộc nhà thiết kế mạng thông tin quang vô tuyến Chương nêu đặc điểm đường truyền tín hiệu quang vô tuyến, đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng tuyến quang vô tuyến, đánh giá điều kiện thời tiết yếu tố ảnh hưởng tới đường truyền tuyến quang vô tuyến 3.2 Đặc điểm đƣờng truyền tín hiệu quang vơ tuyến 3.2.1 Truyền ánh sáng Tuyến FSO bao hàm truyền, hấp thụ tán xạ ánh sáng khí trái đất Điều dẫn đến biến photon truyền tới, suy hao tín hiệu làm tăng nhiệt độ xung quanh Có vùng bước sóng mà truyền gần suốt (khơng có hấp thụ) gọi cửa sổ tần số Tán xạ mơi trường khơng khí kết tương tác phần ánh sáng phần tử (bụi, dạng hạt nước khơng khí) mơi trường truyền sóng Nó thay đổi hướng xạ thành phần tương tác mà khơng có thay đổi bước sóng Tán xạ xảy kích thước hạt khơng khí có kích thước tương đương với bước sóng ánh sáng truyền Trong điều kiện thực tế chủ yếu tạo sương mù, mưa phùn Dưới ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ bên môi trường truyền, phân bố ngẫu nhiên lớp khơng khí tạo hệ số khúc xạ khác nguyên nhân sinh tán xạ, đa ... thơng tin băng rộng cho vệ tinh vũ trụ Xuất phát từ đề trên, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp ? ?Nghiên cứu kỹ thuật thông tin quang vô tuyến Thiết kế tuyến thông tin quang vô tuyến Đà Nẵng? ?? Luận văn. .. thuật quang vô tuyến, ứng dụng quang vô tuyến, so sánh ưu nhược điểm quang vô tuyến hệ thống thông tin khác hệ thống thông tin sợi quang hệ thống thông tin vô tuyến 1.2 Giới thiệu kỹ thuật quang vô. .. tóm tắt sau Chương 1: Tổng quan kỹ thuật thông tin quang vô tuyến Chương 2: Hệ thống thu phát quang vô tuyến Chương 3: Suy hao tín hiệu mơi trƣờng truyền sóng Chương 4: Thiết kế tuyến thông tin