Nghiên cứu ảnh hưởng lỗi không đồng bộ không gian trong hệ thống thông tin quang không dây sử dụng điều chế biên độ cầu phương sóng mang

Nghiên cứu ảnh hưởng lỗi không đồng bộ không gian trong hệ thống thông tin quang không dây sử dụng điều chế biên độ cầu phương sóng mang

Page1   3 PHN I: GII THIU V FSO 3 ng 1: Tng quan v FSO 4 1.1 Khái nim v FSO 4 1.2 Lch s phát trin 4  m ca FSO 7 m 7 m 9 1.4 Các Kin Trúc Mc Dùng Trong FSO Mt 11 1.4.1 Kin Trúc Mi 11 1.4.2 Kiến Trúc Mạng Điểm – Đa Điểm 12 1.4.3 Kiến Trúc Mạng Nhiều Tuyến Điểm – Điểm. 12 1.4.4 Kin Trúc Mng Vòng 13 ng Ly Nghiên Cu FSO 13 1.6 Mô Hình Mt H Thng FSO 14 1.6.1 Máy Phát 15 1.6.2 Kênh Truyn 17 1.6.3 Máy Thu 21 1.6.3.1 Thành Phn Ca Máy Thu 21 1.6.3.2 Phân Loi Máy Thu 21 u Ch Trong FSO 22 2.1 Mô Hình Kênh Truyn 22 2.1.1 Gii Thiu V Hn Lon Không Khí 22 2.1.2 Kênh Truyn Hn Lon Không Khí 24 2.1.3 Mô hình log-normal 26 2.1.3.1 S Gn Kng Hn Lon Yu 29 2.1.3.2 Hn ch ca mô hình log-normal 30 -QAM 30 -QAM 30 -QAM 30  30 Page2 3.1.2  32 3.1.2.1 S Suy Hao Khí Quyn 32 3.1.2.2 Hn Lon Không Khí 33 3.2.1.1 Mô Hình Log-normal 33 -QAM 34  34  35  2 n C 35  37  38  39  47  47  47 6.1.1  47  48 Tài liu thao kho 50 Page3  Truyn thông quang không dây (FSO) là mt công ngh rt ha hn   nhc s quan tâm ca các nhà nghiên cng ca h th ng c trin khai li ch bng mt phn nh so v thng FSO có th nhanh chc trin khai s dng và tái s dng. Tuy nhiên, hu nghiên cu ti Vit Nam v công ngh truyn thông c bing chung ca th gin sang nghiên cn các h thng FSO s du ch phc tu ch v trí xung và u ch  sóng mang. Nm bc xu th n tình hình nghiên cu hin ti ca Vit Nam rt cn nhng công trình mi nghiên cu chuyên sâu v công ngh y ha hnh ch u ng lng b không gian trong h thng thông tin quang không dây s du ch  c ng d t sc cn thn tuy nhiên do thi gian có hn nên chc chn không tránh khi nhiu thic bit là v tài mi m y thì h có tài liu ting vi tham kho. Rt mong nhc s a thy và các bc hoàn thi PHN I: GII THIU V FSO  trên, phn này s trình bày nhng khái nin nht v công ngh FSO nhm mc cái nhìn tng th và trc quan nht v công ngh còn khá mi m này ti Vit Nam. Trong phn này, tôi s  vit v nhm, lch s phát trin ca công ngh  trình bày v kênh truyn hn lon và các k thuu ch c s dng ph bin trong FSO Page4 ng quan v FSO 1.1 Khái nim v FSO V n, FSO ( Free-space optical communication) là công ngh truyn thông tin, d liu gim s dng bc x c truyn qua các kênh truyn t do. D liu cn truyu ch , pha, hoc tn s ca bc x quang mang tin. Mng truyn dn FSO v ng truyn dn thng (LOS), vì v m bi thông tin thành công, yêu cu máy thu và máy phát phi có th y nhau mt cahcs trc tip mà ko có bt k mng ngi vng truyn. Kênh truyn t do có th , trong c bin, trong khí quyn hoc là s kt hp ca các long trên trong cùng mt tuyn thông tin. Fig. 1. 1: Ví dụ đường truyền FSO 1.2 Lch s phát trin ng t do (FSO) là mt công ngh  i s dng s truy        truyn tín hiu gi  m. T khong nhi hy li la mã c t s dng l báo hic nhi  gc m t s dng khói cho nhng m ca vic báo hiu và cnh báo. Nhng k thut báo hiu bng thông tin quang ví d c s dng trong hàng hi  pháp       i t lâu, tuy nhiên chúng ta có th coi Page5 truyng t t nn móng lu tiên là bi thí nghim Photophone thc hin b         nghim cu ch bc x ca mt tri vi tín hiu âm thanh và truyn ng cách khong 200 m. Máy nhc làm t mt chii mt t t tm. Tuy nhiê, thí nghim cho kt qu không thc s tt do thit b s dng thô s n t nhiên ca bc x mt tri. Fig. 1. 2: Thí nghiệm photophone của Alexander Graham Bell . Cuc trò chuyn thou tiên trên th gii x c hin cuc hi thou ch  hp ca n t). Trong k nguyên xa xôi, khi các tin ích vn t cung cn và laser thng trong khoa hc ving, không có ng dng thc t cho sáng ch ca hi hn bi s sn có ca c ánh sáng mt tri và thi tit t nhiu quá ln,cng vi s ph thuc Page6 quá cht ch vào thi ti c s chic s quan tâm c ca cng khoa hc lúc by gi. Ct mc quan tru s phát trin c tìm ra các ngun quang, mà quan trng nht là laser vào nht các nghiên cu v c thc hin t nhn nh  truyn ph ca tín hiu truyn hình qua khong cách 48 km s sng diode phát quang c thc thi bi cách nhà khoa hc ca hc vi 1963, tín hiu ch vi laser He-n qua 190km gia 2 ngn núi Panamint Ridge và San Gabriel ti M. Truyn dn LASER trong không c s dng vi mi lc xây dng  Nht bn bi   n t       ng truyn dn song công, s dng LASER He-c song 0.6328, truyn thông tin gia Yokohama và Tamagawa vi khong cách 14km T quãng thi gian này tr    FSO tip t c nghiên cu và th nghim mnh m c bit là trong thông tin quân s      c nghiên c s dng cho truy bi NASA và ESA v trình                  Semiconductor-laser Inter-satellite Link Experiment (SILEX). Trong vòng vài thp k va qua, công ngh c nghiên cu và chng minh mt cách thành công là có th c s dng trong truy gia các v tinh vi t d liu có th lên ti 10 Gbps. Mc dù nhng kin thc v các k thut cn thi xây dng mt h thng c nghiên cu bi nhiu nhà khoa hc khác nhau trong nhi lin, tính hu dng và tính thc t ca h thn gn còn b hoài nghi bi nhiu nguyên nhân khác nhau. Th nh thng thông tin liên ln t  gii quyt các nhu cu thông tin hin thi. Th hai, nhng nghiên cu và phát tri ca công ngh FSO cn phc ci thi tin cy ca các kh m b tin cy ca toàn h thng. Th 3, mt h thng trong không gian luôn chu ng bi s n khi có mc. Cui cùng, ngay c khi s ng ca khí quyn có th c b qua, thì h thng FSO luôn yêu Page7 cm chính xác và b phn tracking nhy-Nhu vc gii quyt tri n tn bây gi. Tt c nhi thích tn tn bây gi, công ngh FSO vc s dng rng dãi trong các mng truy nhp. Fig. 1. 3: Chương trình MLCD của NASA m ca FSO m t ln: trong bt c h thng d liu, thông tin c truy trc tip va tín hiu chng  t ti 20% ca tn s tín hiêu mang. S dng tín hiu mang là bc x quang vi khong tn s t 10 12 -10 16 Hz có th g lên ti 2000 Thz. Vì th mà so vi nhng h thng thông tin vô tuym b ng thông tin lt nhiu bi vì tn s ca tín hiu mang tin là bc x quang ln t nhiu so vi tn s sóng mang vô tuyn. Page8 Bán kính tia nh: Bc x quang có bán kính tia cc k h công sut phát ch phi tp trung trong mt din tích rt là hu này cho phép mt ng truyn FSO có s    tránh nhiu t ng truyn FSO khác. S chim dng v không gian rt hng gc lp vi nhau, vì th nên kh  dng li tn s gn trong nhing khác nhau. Tuy nhiên, s hp ca bc x i yêu cu v ng b thu phát rt cao. Ph tn s dng không cn cp phép: Trong thông tin vô tuyn, các sóng mang có tn s gn nhau gây nhiu lên nhau chính là v ln nht ca thông tin vô tuy gim thiu v này, mt các t chc qun lý tài nguyên tn s c thành l qun lý vic cp phát và s dng tn s ca các cá nhân, t chc. Vì th  c cp phát mt di t s dng cn phi tn rt nhiu chi phí và thi gian. Hin ti thì các tn s quang ko phi chu s qun lý này do các tín hiu mng là bc x quang h gây nhiu lên nhau ngay c ng truyn quang có cùng tn s t cnh nhau. R trin khai mt h thng thông tin FSO r t nhiu so vi mt h thng thông tin vô tuyng khi có t d liu này là do FSO không yêu cu phí cp phát di tn s dng và các thành phn trong ng truy u. Theo mt nghiên cu ga Canada, giá ca 1 Mbps trên mt tháng ca mt h thng FSO r bng mt na ca h thng vô tuyn ng. Nhanh chóng và d dàng tri dng: thi gian cn thi trin khai m ng truyn FSO có th ch vài gi. Yêu cu chính là vic thành lp mt ng truyn không b cn tr v tm nhìn ging truyn  d  dng  khu vc các mt cách nhanh chóng và d dàng An toàn thông tin cao: Mc dù FSO là công ngh  qung bá ti bt k i nào và tt c mi. FSO phát búp sóng ánh sáng hp, tn s rt cao ti mt khó cho m thu trm thông tin mà không b phát hin. Các h thc lt càng cao càng Page9 t n giao thông qua li không làm ng ti búp sóng quang. Mt con chim có th n vic truy xy ra trong chc lát và h thng s nhanh chóng phc hc thu tr hi pht thit b a búp sóng trong khong thi gian dài.    n có                     m Gii hn ca ng truyn dn gây ra. Vi FSO truyn trong môi ng khí quyn thì s hong ca h thng FSO ph thuc rt nhiu vào thi tit và u kin khí quyn. S không c nh v tính cht ca kênh truyn FSO là tr ngi ln nht trong vic trin khai mt h thu này không xy ra ch vi ng truyn vô tuyn hay thông tin v  ng bi thi tit và có th b mt liên ku kin hay tuyt. Ngoài vic tuy làm cn tr ng truyn quang, FSO chu ng mnh b hn lon ca không khí. Nhng thách thc chính trong vic thit k các h th sau Page10 Fig. 1. 4: Những thách thức của FSO truyền trong khí quyển -   mù là mt thách thc tp hp t nhng gic nh  c tính truyn lan ca ánh sáng hon hoàn toàn s truyn lan ca ánh sáng thông qua s kt hp ca các hing hp th, tán x và phn xu này có th dn s suy gim m công sut ca búp sóng phát, gim c ly hong ca tuyn FSO. - S nhp nháy S nhp nháy là s bii v không gian c sáng gây ra bi s hn lon không khí. Gió và s i nhi to ra nhng túi khí có m i nhanh dn ti s i nhanh ch s chit xu hn lon. Các ng thi theo thi gian và làm t l li bit ca các h thc bit là khi có ánh sáng mt tri. - S trôi búp S trôi búp xy ra khi lung gió hn lon (gió xoáy) lng kính ca búp sóng quang gây ra s dch chuyn ch ca búp sóng quang. S trôi búp  là kt qu ca các hoa chn gây ra s dch chuyi gia v trí ca laser phát và b thu quang. - Gi thng phát-ng [...]... Mạng Vòng 1.5 Động Lực Thúc Đẩy Nghiên Cứu FSO Yêu cầu về b ng thông chính là động lực thúc đẩy các nghiên cứu về thông tin quang phát triển ( cả thông tin cáp quang và thông tin quang không dây) Thông tin quang có thể cung cấp b ng thông rất lớn với tốc độ dữ liệu rất lớn Tuy nhiên b ng thông khổng lồ của thông tin quang trong các mạng lõi lại không thể được sử dụng hết bởi người sử dụng trong các mạng... ngoài như là bộ giao thoa đối xứng Mach-Zehnder để điều chế dữ liệu vào bức xạ quang mang tin Việc sử dụng một bộ điều chế ngoài cung cấp tốc độ dữ liệu lớn hơn phương pháp điều chế trực tiếp Tuy nhiên bộ điều chế ngoài là một phần tử không tuyến tính Những đặc tính khác của bức xạ quang như là pha, tần số, và trạng thái phân cực cũng có thể được điều chế để mang dữ liệu thông qua bộ điều chế ngoài Kính... cách t ng công suất của bộ tạo bức xạ quang địa phương Chương 2: Kênh Truyền Và iều Chế Trong FSO 2.1 Mô Hình Kênh Truyền Như đã nói ở trên, thông tin FSO là hệ thống thông tin không dây với môi trường truyền dẫn đa dạng, có thể trong không gian vũ trụ, trong không khí (khí quyển), dưới nước…Tuy nhiên, trong đồ án này sẽ chỉ tập trung nghiên cứu về các hệ thống FSO trong môi trưởng không khí (khí quyển)... cho hệ thống FSO sử dụng điều chế SC-QAM Dựa vào những công thức đó, chúng ta sẽ nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ lỗi ký tự và cách để giảm tỷ lệ lỗi, nâng cao chất lượng hệ thống Tỷ lệ lỗi ký tự trung bình (ASER) của hệ thống FSO sử dụng điều chế SC-QAM được tính theo công thức sau đây:  Pse   Pe ( )  f ( )d  Eq 4 1 0 Trong phương trình trên, Pe ( ) là hàm xác suất lỗi có điều. .. quyển, không gian, nước…để tới máy thu Phương pháp điều chế quang được sử dụng rộng dãi nhất là kiểu điều chế cường độ (IM: Intensity modulation) Với kiểu điều chế này, dữ liệu được dùng để điều chế cường độ của các bức xạ quang học Điều này có thể đạt được bằng cách thay đổi dòng điều khiển nguồn quang một cách trực tiếp theo dữ liệu đầu vào cần được truyền đi hoặc là thông qua một khối điều chế ngoài... cắt xung; Ts là chu kỳ ký tự; và fc là tần số sóng mang con Tín hiệu e(t) tại đầu ra bộ điều chế điện QAM sẽ được sử dụng để điều chế cường độ bức xạ quang mang tin Ta có tín hiệu s(t) ở đầu ra bộ điều chế quang là: s  t   Ps {1   [sI  t  cos(2 fct ) - sQ  t  sin(2 fct )]} Eq 3 2 Trong đó, Ps là công suất phát trên một ký tự, κ là hệ số điều chế thỏa mãn 0 < κ ≤ 1 Thành phần một chiều đã... truyền trong môi trường không khí Tia bức xạ quang đi qua kênh truyền không khí chịu nhiều ảnh hưởng của các hiện tượng như hỗn loạn không khí, các điều kiện thời tiết… 2.1.1 Giới Thiệu Về Hỗn Loạn Không Khí Hỗn loạn không khí là vấn đề gây ảnh hưởng lớn nhất đến hoạt động của một tuyến thông tin quang không dây và cũng là vấn đề gây “đau đầu” nhất cho các nhà thiết kế và quản lý một tuyến thông tin quang. .. SC-QAM Chương III: Mô Hình Hệ Thống FSO/SC-QAM 3.1 Mô Hình Hóa Hệ Thống FSO/SC-QAM M Sơ đồ chòm sao của điều chế 32 RQAM Page 3.1.1 Điều Chế 30 Fig 3 1: Mô hình một hệ thống FSO/SC-QAM tiêu biểu Một hệ thống FSO sử dụng SC-QAM tiêu biểu được vẽ như hình trên Tại máy phát, mỗi khối tín hiệu gồm log2M bit từ nguồn dữ liệu đầu vào sẽ được điều chế trước tiên bởi bộ điều chế MIxMQ QAM, trong đó MI , MQ lần lượt... tín hiệu UWB với những hệ thống khác có cùng phổ tần 1.6 Mô Hình Một Hệ Thống FSO Cũng giống như bất kỳ một hệ thống thông tin nào khác, một hệ thống FSO cũng Page 14 bao gồm 3 thành phần cơ bản: máy phát, kênh truyền dẫn và máy thu Fig 1 7: Một hệ thống FSO tiêu biểu 1.6.1 Máy Phát Chức n ng chính của máy phát trong hệ thống FSO là điều chế dữ liệu nguồn vào bức xạ quang mang tin Bức xạ này sau đó... Te Eq 2 1 trong phương trình trên, ảnh hưởng của độ ẩm tới chiết suất không khí không được xét đến bởi vì ảnh hưởng này có thể bỏ qua đối với các bước sóng quang Trong khi đó, trong hầu hết các ứng dụng về kỹ thuât, tốc độ thay đổi của chiết suất không khí so với nhiệt độ được thể hiện bởi phương trình sau:  dn P  7.8 105 2 , dTe Te Eq 2 2 trong đó, P là áp suât khí quyển, Te là nhiệt độ khí quyển, . Ly Nghiên Cu FSO Yêu cu v     ng l  y các nghiên cu v thông tin quang phát trin ( c thông tin cáp quang và thông tin quang không dây) . Thông tin quang. b ng thông tin lt nhiu bi vì tn s ca tín hiu mang tin là bc x quang ln t nhiu so vi tn s sóng mang vô tuyn. Page8 Bán kính tia nh: Bc x quang có bán. hnh ch u ng lng b không gian trong h thng thông tin quang không dây s du ch  c ng