Đánh giá hiệu năng hệ thống FSO sử dụng kỹ thuật điều chế cường độ sóng mang phụĐánh giá hiệu năng hệ thống FSO sử dụng kỹ thuật điều chế cường độ sóng mang phụĐánh giá hiệu năng hệ thống FSO sử dụng kỹ thuật điều chế cường độ sóng mang phụĐánh giá hiệu năng hệ thống FSO sử dụng kỹ thuật điều chế cường độ sóng mang phụĐánh giá hiệu năng hệ thống FSO sử dụng kỹ thuật điều chế cường độ sóng mang phụ
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - NGUYỄN NGỌC TÚ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƯỜNG ĐỘ SÓNG MANG PHỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI-2016 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - NGUYỄN NGỌC TÚ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƯỜNG ĐỘ SÓNG MANG PHỤ CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ : : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI-2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình Học viên: Nguyễn Ngọc Tú LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ đƣợc thực Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thông dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Thế Ngọc Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy định hƣớng khoa học, liên tục quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian thực luận văn Xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, tác giả công trình công bố đƣợc trích dẫn luận văn cung cấp nguồn tƣ liệu quý báu, kiến thức liên quan trình hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện, Hội đồng bảo vệ luận văn, Khoa Quốc tế Đào tạo sau đại học tạo điều kiện để học viên đƣợc thực hoàn thành nghiên cứu Học viên xin gửi lời tri ân đến quý thầy cô tận tình truyền đạt kiến thức bảo thời gian học tập Học viện Cuối biết ơn Ba Mẹ, gia đình, ngƣời bạn chăm sóc, hỗ trợ, động viên, cảm thông chia sẻ khía cạnh sống thời gian qua Hà Nội, tháng 06 năm 2016 Học viên: Nguyễn Ngọc Tú MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH SÁCH BẢNG .vii DANH SÁCH HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG QUA KHÔNG GIAN 1.1 Lịch sử 1.2 Đặc điểm FSO 1.3 Các ứng dụng hệ thống FSO 11 1.4 Mô hình hệ thống FSO 12 1.4.1 Bộ phát/thu 14 1.4.2 Kênh truyền 18 1.5 Các thách thức hệ thống FSO 24 1.6 Kết luận chƣơng 25 CHƢƠNG - MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG QUA KHÔNG GIAN 26 2.1 Tổng quan kênh truyền FSO 26 2.2 Mô hình nhiễu loạn Log-normal 29 2.3 Giới hạn mô hình nhiễu loạn log - normal 33 2.4 Mô hình nhiễu loạn Gamma - gamma 34 2.5 Mô hình nhiễu loạn hàm mũ âm 38 2.6 Kết luận chƣơng 39 CHƢƠNG - ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƢỜNG ĐỘ SÓNG MANG PHỤ 41 3.1 Đặt vấn đề 41 3.1.1 Kỹ thuật điều chế SIM mô hình hệ thống SIM - FSO 42 3.1.2 Ảnh hƣởng nhiễu loạn nhiễu chòm tín hiệu sóng mang phụ 45 3.2 BER hệ thống SIM - FSO với kênh truyền tuân theo mô hình nhiễu loạn không khí log - normal 46 3.2.1 Sóng mang phụ sử dụng điều chế BPSK 46 3.2.2 Sóng mang phụ sử dụng điều chế M - ary PSK 51 3.2.3 Sóng mang phụ sử dụng điều chế DPSK 52 3.2.4 Phân tích hiệu hệ thống sử dụng đa SIM 54 3.2.5 Xác suất liên lạc kênh truyền tuân theo mô hình nhiễu loạn không khí log - normal 56 3.3 Hiệu hệ thống SIM - FSO với kênh truyền tuân theo mô hình nhiễu loạn không khí gamma - gamma hàm mũ âm 58 3.3.1 Xác suất liên lạc kênh truyền tuân theo mô hình nhiễu loạn không khí hàm mũ âm 60 3.4 Kết luận chƣơng 61 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 69 PHỤ LỤC A 69 PHỤ LỤC B 71 PHỤ LỤC C 79 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt 3G 4G FOV Tiếng Anh Third generation Fourth generation Asynchronous digital subscriber loop Avalanche photodetector Additive white Gaussian noise Bit error rate Band pass filter Bits per second Binary phase shift keying Code division multiple access Direct current Differential phase shift keying Federal communications commission Field of view FSO Free-space optics GaAs Gallium arsenide Ge HDTV Germanium Hufnagel-Valley model of index of refraction structure parameter High-definition television HFC Hybrid Fiber Coaxial IMD ISI LED LOS Inter-modulation distortion Inter symbol interference Light emitting diode Line of sight Mars laser communication demonstration M-level amplitude shift keying M-level frequency shift keying ADSL APD AWGN BER BPF bps BPSK CDMA DC DPSK FCC H-V MLCD M-ASK M-FSK Tiếng Việt Mạng hệ thứ Mạng hệ thứ Đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng Thiết bị tách sóng quang thác Nhiễu Gaussian trắng cộng Tỷ lệ lỗi bit Bộ lọc thông dải Số bít giây Điều chế khóa dịch pha nhị phân Đa truy nhập phân chia theo mã Dòng điện chiều Điều chế dịch pha vi sai Uỷ ban truyền thông liên bang Tầm nhìn Truyền thông quang qua không gian Hợp chất hóa học gallium asen – chất bán dẫn Nguyên tố germani Mô hình H – V cho số tham số cấu trúc khúc xạ Truyền hình độ nét cao Hệ thống lai ghép cáp sợi quang - đồng trục Méo điều biên Nhiễu liên ký tự Diode phát quang Tầm nhìn thẳng Dự án NASA FSO không gian vũ trụ Điều biên bậc M Điều tần bậc M M-PSK OBPF Ofcom OOK QPSK RF RT M-level phase shift keying Optical band pass filter Office of communications On-off keying Optical Wireless Communications Probability density function p-type-intrinsic-n-type photodetector Outage probability Pulse position modulation Quadrature amplitude modulation Quadrature phase shift keying Radio frequency Receiver telescope RZ Return to zero S.I Scintillation index Semiconductor-laser intersatellite link experiment OWC pdf PIN Pout PPM QAM SILEX SIM Subcarrier intensity modulation SNR Signal to noise ratio TIA Trans-impedance amplifier Điều pha bâc M Bộ lọc thông dải quang học Cơ quan quản lý truyền thông Điều chế khóa đóng - mở Truyền thông quang không dây Hàm mật độ xác suất Bộ tách sóng quang photodiode Xác suất liên lạc Điều chế vị trí xung Điều chế biên độ cầu phƣơng Điều chế pha trực giao Sóng cao tần/vô tuyến Thấu kính thu Xung mã đƣờng truyền định dạng RZ Chỉ số nhấp nháy Thí nghiệm liên kết vệ tinh laser bán dẫn Điều chế cƣờng độ sóng mang phụ Tỷ số tín hiệu nhiễu Bộ khuếch đại biến đổi trở kháng vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Các nguồn quang 15 Bảng 1.2: Bộ tách sóng FSO .16 Bảng 1.3: Các phần tử khí có kênh truyền 19 Bảng 3.1: Giá trị K K với điều kiện giới hạn nhiễu khác 49 Bảng 3.2: Thông số mô 50 Bảng 3.3: Tham số cƣờng độ pha đinh cho nhiễu loạn không khí 58 viii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Photophone truyền giọng nói cách phản chiếu ánh sáng Hình 1.2: Hệ thống FSO thông thƣờng .13 Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ thống FSO 13 Hình 1.4: Cấu tạo phát/thu hệ thống FSO .14 Hình 1.5: Kênh truyền qua không gian với luồng xoáy nhiễu loạn 23 Hình 2.1: Pdf log - normal với E l =1 với dải phƣơng sai xạ log - irradiance σl2 =[0,1;0,2;0,5;0,8] 33 Hình 2.2: Pdf gamma - gamma với ba mức độ nhiễu loạn khác nhau, gồm nhiễu loạn yếu, trung bình mạnh .37 Hình 2.3: S.I dựa vào phƣơng sai cƣờng độ log - intensity Cn2 =10-15m λ=850 nm 37 Hình 2.4: Các giá trị α β dƣới chế độ nhiễu loạn khác : yếu, trung bình, mạnh bão hoà 38 Hình 2.5: Pdf hàm mũ âm với giá trị khác I .39 Hình 3.1: Sơ đồ khối SIM - FSO: (a) phía phát (b) phía thu 43 Hình 3.2: Đặc tuyến đầu nguồn quang đƣợc điều khiển tín hiệu sóng mang phụ số điều chế quang 44 Hình 3.3: BER dựa xạ nhận đƣợc trung bình nhiễu loạn yếu dƣới điều kiện giới hạn nhiễu khác với Rb =155Mbps σ l2 =0,3 51 Hình 3.4: Sơ đồ khối tuyến FSO sử dụng DPSK điều chế SIM: (a) phía phát (b) phía thu 53 Hình 3.5: BER dựa xạ thu đƣợc hệ thống SIM - FSO với kỹ thuật điều chế đa sóng mang phụ khác nhiễu loạn không khí yếu σ l2 =0,3 , λ=850nm cự ly tuyến truyền dẫn 1km 54 66 [11] G Parry and P N Pusey (1979), "K distributions in atmopsheric propagation of laser lightJournal of Optical Society of America, vol 69, pp 796-798 [12] H D.H (Feb 1969), "Depolarisation of laser beam at 6328 Angstrom due to atmospheric transmission," Applied Optics, vol 8, p 367 [13] H Hemmati, "Deep Space Optical Communications," in Deep space communications and navigation series Canifornia: Wiley-Interscience, 2006 [14] H Hemmati (Nov 2007), "Interplanetary laser communications," Optics and Photonics News, vol 18, pp 22-27 [15] H Willebrand and B S Ghuman (2002), "Free Space Optics: Enabling Optical Connectivity in today's network" Indianapolis: SAMS publishing [16] Phạm Thị Thúy Hiền, Đặng Thế Ngọc, Vũ Tuấn Lâm, Bùi Trung Hiếu (2014), “A survey of performance improvement methods for free-space optical communication systems”, IEEE [17] I B Djordjevic and B Vasic (2006), “100 Gb/s transmission using orthogonal frequency division multiplexing” , IEEE Photonics Technology Letters, vol 18, pp.1576–1578 [18] I Kim (July 2009), "10 G FSO systems position technology for the future," Light wave online, pp 19-21 [19] I S Gradshteyn and I M Ryzhik (1994), Table of integrals, series, and products, 5th ed London: Academic Press, Inc [20] J H Churnside and S F Clifford (Oct 1987), "Log-normal Rician probability density function of optical scintillations in the turbulent atmosphere," Journal of Optical Society of America, vol 4, pp 1923-1930 [21] J P Kim, K Y Lee, J H Kim, and Y K Kim, (1997) "A performance analysis of wireless optical communication with convolutional code in turbulent atmosphere," in International Technical Conference on Circuits Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC '97), Okinawa, pp.15-18 [22] J.Vucic, C.Kottke, S.Nerreter, K.Habel, A.Buttner, K.D.Langer and J.W.Walewski (2010), "230 Mbit/s via a wireless visible-light link based on 67 OOK modulation of phosphorescent white LEDs", Conference on Optical Fiber Communication (OFC), San Diego, pp.1–3 [23] J G Proakis (2004), "Digital Communications" New York: McGraw-Hill [24] J W Goodman (1985), "Statistical Optics" New York: John Wiley [25] J W Strobehn and S F Clifford, "Polarisation and angle of arrival fluctuations for a plane wave propagated through turbulent medium," IEEE Transaction on Antennas Propagation, vol AP-15, p 416, 1967 [26] L C Andrews and R L Phillips (Feb 1985), "I-K distribution as a universal propagation model of laser beams in atmospheric turbulence," Journal of optical society of America A, vol 2, p 160 [27] L C Andrews, R L Phillips, and C Y Hopen (2001), "Laser beam scintillation with applications" Bellingham: SPIE [28] M K Simon and M.-S Alouini (2004)," Digital Communication Over Fading Channels", 2nd ed New York: John Wiley & Sons Inc [29] M Razavi and J H Shapiro (2005), "Wireless optical communications via diversity reception and optical preamplification," IEEE Transaction on Communications, vol 4, pp 975-983 [30] Nestor D Chatzidiamantis,Athanasios S Lioumpas, George K Karagiannidis, Shlomi Arnon (2010),“Adaptive Subcarrier PSK Intensity Modulation in Free Space Optical Systems” , IEEE [31] S Betti, G De marchis, and E Iannone (1995), "Coherent Optical Communication Systems", 1st ed Canada: John Wiley and Sons Inc [32] S Hardy (Dec 2005), "Free-space optics systems are finding their niches," Lightwave pp 33-36 [33] S Karp, R M Gagliardi, S E Moran, and L B Stotts (1988), " Optical Channels: fibers, clouds, water and the atmosphere", New York: Plenum Press [34] S G Wilson, M Brandt-Pearce, Q Cao, and J H Leveque (Aug 2005), "Free-space optical MIMO transmission with Q-ary PPM," IEEE Transactions on Communications, vol 53, pp 1402-1412 68 [35] Ha Duyen Trung, Duong Huu Ai, Do Trong Tuan, and Tomoaki Ohtsuki, ( Nov 2015) "Performance Evaluation of Amplify-and-Forward Relaying MIMO/FSO Communication Systems using SC-QAM Signals over Log-normal Channels," Submitted to Optik-International Journal of Light and Electron Optics [36] V W S Chan (Dec 2006), "Free-space optical communications," IEEE Journal of Lightwave Technology, vol 24, pp 4750-476 [37] V I Tatarski (1961), "Wave propagation in a turbulent medium" (Translated by R.A Silverman) New York: McGraw-Hill [38] Wasiu Oyewole Popoola (September 2009)” Subcarrier Intensity Modulated Free-space Optical Communication Systems”,pp.82 [39] Z Ghassemlooy, W Popoola ,S.Rajbhandari (2013) ”Optical Wireless Communications- System and Channel Modelling with MATLAB® ”,Taylor & Francis Group, LLC Website [40] Ths Phạm Thị Thuý Hiền (Tháng 9/2010) Tạp chí Bưu Viễn thông http://thethao60s.com/index/2851006/29092010.aspx, truy cập vào 12:02 pm, ngày 10 tháng 6,2016 [41] D Rockwell, A and S Mecherle, G., "Optical wireless: Low-cost, broadband, optical access", www.freespaceoptic.com/WhitePapers/optical_wireless.pdf, last visited 11 Sept 2009 [42] http://www.freespaceoptics.org/, last visited 15:34 pm Nov 30th, 2015 69 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A – Code Matlab sử dụng chƣơng H nh 2.1: Pdf log - normal với với dải phƣơng sai log – irradiance %PDF cua phan bo log normal % Gia tri E[I] Io=1; I=0:0.005:3; %Gia tri phuong sai Log irradinace tinh theo cong thuc 2.23 Var_l=[0.1,0.2,0.5,0.8]; for i=1:length(Var_l) for j=1:length(I) B=sqrt(2*pi*Var_l(i)); C(j)=log(I(j)/Io)+(Var_l(i)/2); D=2*Var_l(i); pdf(i,j)=(1/I(j))*(1/B)*exp(-((C(j))^2)/D); end end %Do thi plot((I/Io),pdf) xlabel('Buc xa truongI, I/E[I]') ylabel('p(I)') H nh 2.2: Pdf gamma - gamma với ba mức độ nhiễu loạn khác nhau, gồm nhiễu loạn yếu, trung b nh mạnh %Pdf gamma gamma voi ba muc nhieu loan khac clear clc %*************Manh*********** alpha=4.2; a=alpha; beta=1.4; b=beta; k=(a+b)/2; k1=a*b; K =2*(k1^k)/(gamma(a)*gamma(b)); I=0.01:0.01:5; K1=I.^(k-1); Z=2*sqrt(k1*I); p=K.*K1.*besselk((a-b),Z); %**************Trung binh********* alphat=4; at=alphat; betat=1.9; bt=betat; kt=(at+bt)/2; k1t=at*bt; Kt =2*(k1t^kt)/(gamma(at)*gamma(bt)); I=0.01:0.01:5; K1t=I.^(kt-1); Zt=2*sqrt(k1t*I); pt=Kt.*K1t.*besselk((at-bt),Zt); %*************Yeu**************** 70 alphay=11.6; ay=alphay; betay=10.1; by=betay; ky=(ay+by)/2; k1y=ay*by; Ky =2*(k1y^ky)/(gamma(ay)*gamma(by)); I=0.01:0.01:5; K1y=I.^(ky-1); Zy=2*sqrt(k1y*I); py=Ky.*K1y.*besselk((ay-by),Zy); %************Do thi***************** plot(I,p) hold on plot(I,pt) hold on plot(I,py) xlabel('Buc xa, I') ylabel('Ham mat xac suat Gamma gamma, p(I)') H nh 2.3: S.I dựa vào phƣơng sai log - intensity Cn2 =10-15m λ=850 nm %He so nhap nhay S.I theo cong thuc 2.40 R2=0:0.05:80; %Tham so Rytov for i=1:length(R2) R=R2(i); A=(0.49*R)/(1+1.11*R^(6/5))^(7/6); %Phuong trinh 2.40 B=(0.51*R)/(1+0.69*R^(6/5))^(5/6); %Phuong trinh 2.40 Sci_ind(i)=exp(A+B)-1; end %Do thi plot(R2,Sci_ind) H nh 2.4: Các giá trị α β dƣới chế độ nhiễu loạn khác : yếu, trung b nh, mạnh bão hoà %Bieu mo hinh Gamma gamma voi cac tham so log intensity alpha va beta %Phuong sai (tham so Rytov) R2=0:0.05:80; %Tham so Rytov for i=1:length(R2) R=R2(i); A=(0.49*R)/(1+1.11*R^(6/5))^(7/6); %Phuong trinh 2.40 B=(0.51*R)/(1+0.69*R^(6/5))^(5/6); %Phuong trinh 2.40 Sci_ind(i)=exp(A+B)-1; alpha(i)=(exp(A)-1)^-1; beta(i)=(exp(B)-1)^-1; end %Do thi semilogx(R2,alpha,R2,beta) legend('alpha','beta') 71 H nh 2.5: Pdf hàm mũ âm với giá trị khác I %PDF cua ham mu am Io=[0.5,1,2]; I=0.01:0.01:5; for i=1:length(Io) for j=1:length(I) pdf(i,j)=(1/Io(i))*exp(-(I(j)/Io(i))); end end plot(I,pdf) PHỤ LỤC B – Code Matlab sử dụng chƣơng H nh 3.3: BER dựa xạ nhận đƣợc trung b nh nhiễu loạn yếu dƣới điều kiện giới hạn nhiễu khác với Rb 155Mbps l2 0.3 %Danh gia BER cua SISO M-QAM SIM FSO duoi nhieu loan yeu %su dung tich phan cau phuong Gauss-Hermite %Xet cac nhieu khac gom nhieu nhiet va nhieu nen va nhieu toi clear clc %*************Tham so Mo phong*************************** Rb=155e6; %Toc lay mau R=1; %Dap ung M_ind=1; %He so dieu che A=1; %Bien tin hieu song mang phu RL=50; %Tro khang tai Temp=300; %Nhiet lam viec wavl=850e-9; %Buoc song buc xa %********************Nhieu nen************************ %Xet khau thu cm^2 sky_irra=1e-3; %Buc xa bau troi tai 850nm, don vi W/cm^2-um-sr sun_irra=550e-4; %Nang luong mat troi tai 850nm, don vi, in W/cm^2-um FOV=0.6; %Tam nhin thuc OBP=1e-3; %Bang thong bo loc thong dai quang Isky=sky_irra*OBP*(4/pi)*FOV^2; %Buc xa bau troi Isun=sun_irra*OBP; %Buc xa mat troi %**************Tham so Rytov******************************* Range=1e3; %Cu ly tuyen truyen dan Cn=0.75e-14; %Tham so cau truc khuc xa Rhol=1.23*(Range^(11/6))*Cn*(2*pi/wavl)^(7/6); %Phuong sai Log irradiance cong thuc 2.20(Phai nho hon 1) Varl=Rhol; %Phuong sai Log intensity r=sqrt(Varl); %Do lech chuan log intensity %*****************Hang so vat ly************ E_c=1.602e-19; %Electronic B_c=1.38e-23; %Hang so Boltzmann %************************************************************* Pd=A^2/2; K1=((M_ind^2)*R*Pd)/(2*E_c*Rb); %Luong tu 72 K2=((R*M_ind)^2)*Pd*RL/(4*B_c*Temp*Rb); %Nhieu nhiet K3=(Pd*R*M_ind^2)/(2*E_c*Rb*(Isun+Isky)); %Buc xa nen Ktemp=(4*B_c*Temp*Rb/RL)+(2*E_c*R*Rb*(Isun+Isky)); K4=((R*M_ind)^2)*Pd/Ktemp; %Ket hop nhieu nhiet nhieu nen %***************Hermite polynomial weights and roots********* w20=[2.22939364554e-13,4.39934099226e-10,1.08606937077e-7, 7.8025564785e-6,0.000228338636017,0.00324377334224, 0.0248105208875, 0.10901720602,0.286675505363,0.462243669601, 0.462243669601,0.286675505363,0.10901720602,0.0248105208875, 0.00324377334224,0.000228338636017,7.8025564785e-6, 1.08606937077e-7,4.39934099226e-10,2.22939364554e-13]; x20=[-5.38748089001,-4.60368244955,-3.94476404012, -3.34785456738,-2.78880605843,-2.25497400209,-1.73853771212, -1.2340762154,-0.737473728545,-0.245340708301, 0.245340708301,0.737473728545,1.2340762154,1.73853771212, 2.25497400209,2.78880605843,3.34785456738,3.94476404012, 4.60368244955,5.38748089001]; %**************************************************** %*******************Danh gia BER******************* Io=logspace(-10,-4,30); %Buc xa thu duoc trung binh IodBm =10*log10(Io*1e3); %Buc xa thu duoc trung binh (dBm) NR2=RL*((R.*Io).^2)./(4*B_c*Temp*Rb); SNR2dB=10*log10(SNR2); for i1=1:length(Io) GH1=0;GH2=0;GH3=0;GH4=0; for i2=1:length(x20) arg1=sqrt(K1*Io(i1))*exp(0.5*x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/4); temp1=w20(i2)*qfunc(arg1); GH1=GH1+temp1; arg2=sqrt(K2)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/2); temp2=w20(i2)*qfunc(arg2); GH2=GH2+temp2; arg3=sqrt(K3)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/2); temp3=w20(i2)*qfunc(arg3); GH3=GH3+temp3; arg4=sqrt(K4)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/2); temp4=w20(i2)*qfunc(arg4); GH4=GH4+temp4; end BER1(i1)=GH1/sqrt(pi); BER2(i1)=GH2/sqrt(pi); BER3(i1)=GH3/sqrt(pi); BER4(i1)=GH4/sqrt(pi); end %*******************Do thi**************************** semilogy(IodBm,BER1)%Luong tu hold on semilogy(IodBm,BER2)%Nhieu nhiet hold on semilogy(IodBm,BER3)%Buc xa nen hold on semilogy(IodBm,BER4)%Nhieu nhiet va nhieu nen 73 H nh 3.5: BER dựa xạ thu đƣợc SIM - FSO với kỹ thuật điều chế đa sóng mang phụ khác nhiễu loạn không khí yếu l2 0.3 , 850nm cự ly tuyến truyền dẫn 1km %Danh gia BER cua SISO M-QAM SIM FSO duoi nhieu loan yeu %Su dung pp tich phan cau phuong Gauss-Hermite %Xet nhieu nhiet va nhieu nen clear clc %*************Tham so Mo phong*************************** M=16; %So muc; M-ary QAM; M phai chan Rb=155e6; %Toc lay mau R=1; %Dap ung M_ind=1; %He so dieu che A=1; %Bien tin hieu song mang phu RL=50; %Tro khang tai Temp=300; %Nhiet lam viec wavl=850e-9; %Buoc song buc xa %********************Nhieu nen************************ %Xet khau thu cm^2 sky_irra=1e-3; %Buc xa bau troi tai 850nm, don vi W/cm^2-um-sr sun_irra=550e-4; %Nang luong mat troi tai 850nm, don vi, in W/cm^2-um FOV=0.6; %Tam nhin thuc OBP=1e-3; %Bang thong bo loc thong dai quang Isky=sky_irra*OBP*(4/pi)*FOV^2; %Buc xa bau troi Isun=sun_irra*OBP; %Buc xa mat troi %**************Tham so Rytov******************************* Range=1e3; %Cu ly tuyen truyen dan Cn=0.75e-14; %Tham so cau truc khuc xa Rhol=1.23*(Range^(11/6))*Cn*(2*pi/wavl)^(7/6); %Phuong sai Log irradiance cong thuc 2.20(Phai nho hon 1) Varl=Rhol; %Phuong sai Log intensity r=sqrt(Varl); %Do lech chuan log intensity %*****************Hang so vat ly************ E_c=1.602e-19; %Electronic B_c=1.38e-23; %Hang so Boltzmann %****************************************** Pd=A^2/2; Ktemp=(4*B_c*Temp*Rb/RL)+(2*E_c*R*Rb*(Isun+Isky)); K1=3*log2(M)*((R*M_ind)^2)*Pd/(2*(M-1)*Ktemp); %****Hermite polynomial weights and roots************ w20=[2.22939364554e-13,4.39934099226e-10,1.08606937077e-7,7.8025564785e6,0.000228338636017,0.00324377334224, 0.0248105208875,0.10901720602,0.286675505363,0.462243669601, 0.462243669601,0.286675505363,0.10901720602, 0.0248105208875,0.00324377334224,0.000228338636017, 7.8025564785e6,1.08606937077e-7,4.39934099226e-10,2.22939364554e-13]; x20=[-5.38748089001,-4.60368244955,-3.94476404012,-3.34785456738,2.78880605843,-2.25497400209,-1.73853771212,-1.2340762154,0.737473728545,-0.245340708301, 0.245340708301,0.737473728545,1.2340762154,1.73853771212,2.25497400209,2 78880605843,3.34785456738,3.94476404012,4.60368244955,5.38748089001]; %*******************Danh gia BER******************* Io=logspace(-10,-4,30); %Buc xa thu duoc trung binh IodBm =10*log10(Io*1e3); %Buc xa thu duoc trung binh (dBm) 74 SNR2=((R.*Io).^2)./(Ktemp); SNR2dB=10*log10(SNR2); for i1=1:length(Io) GH1=0; for i2=1:length(x20) arg1=sqrt(K1)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/2); temp1=w20(i2)*qfunc(arg1); GH1=GH1+temp1; end BER1(i1)=2*(1-(1/sqrt(M)))*GH1/(log2(M)*sqrt(pi)); end %Danh gia BER cua SISO M-PSK SIM FSO duoi nhieu loan yeu %Su dung pp tich phan cau phuong Gauss-Hermite %Xet nhieu nhiet va nhieu nen %*************Tham so Mo phong*************************** Mp=16; %So muc; M-ary PSK; M phai chan %******************************************** K1p=((log2(Mp)*((R*M_ind)^2)*Pd)/(Ktemp))*(sin(pi/Mp)^2); %*******************Danh gia BER******************* for i1=1:length(Io) GH1p=0; for i2=1:length(x20) arg1p=sqrt(K1p)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/2); temp1p=w20(i2)*qfunc(arg1p); GH1p=GH1p+temp1p; end BER1p(i1)=2*GH1p/(log2(Mp)*sqrt(pi)); end %Danh gia BER cua SISO M-PSK SIM FSO duoi nhieu loan yeu %Su dung pp tich phan cau phuong Gauss-Hermite %Xet nhieu nhiet va nhieu nen %*************Tham so Mo phong*************************** Mp64=64; %So muc; M-ary PSK; M phai chan %******************************************** K1p64=((log2(Mp64)*((R*M_ind)^2)*Pd)/(Ktemp))*(sin(pi/Mp64)^2); %*******************Danh gia BER******************* for i1=1:length(Io) GH1p64=0; for i2=1:length(x20) arg1p64=sqrt(K1p64)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/2); temp1p64=w20(i2)*qfunc(arg1p64); GH1p64=GH1p64+temp1p64; end BER1p64(i1)=2*GH1p64/(log2(Mp64)*sqrt(pi)); end %***************2-PSK****************************** Mp2=2; %So muc; M-ary PSK; M phai chan %****************************************** K1p2=((log2(Mp2)*((R*M_ind)^2)*Pd)/(Ktemp))*(sin(pi/Mp2)^2); %*******************Danh gia BER******************* for i1=1:length(Io) GH1p2=0; for i2=1:length(x20) arg1p2=sqrt(K1p2)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl/2); temp1p2=w20(i2)*qfunc(arg1p2); GH1p2=GH1p2+temp1p2; end 75 BER1p2(i1)=2*GH1p2/(log2(Mp2)*sqrt(pi)); end %***************2-PSK khong fading****************************** Mp2no=2; %So muc; M-ary PSK; M phai chan %********************************************* Cnno=0; %Khong pha dinh Rholno=1.23*(Range^(11/6))*Cnno*(2*pi/wavl)^(7/6); %Phuong sai Log irradiance cong thuc 2.20(Phai nho hon 1) Varlno=Rholno; %Phuong sai Log intensity rno=sqrt(Varlno); %Do lech chuan log intensity %****************************************** K1p2no=((log2(Mp2no)*((R*M_ind)^2)*Pd)/(Ktemp))*(sin(pi/Mp2no)^2); %*******************Danh gia BER******************* for i1=1:length(Io) GH1p2no=0; for i2=1:length(x20) arg1p2no=sqrt(K1p2no)*Io(i1)*exp(x20(i2)*sqrt(2)*rno-Varlno/2); temp1p2no=w20(i2)*qfunc(arg1p2no); GH1p2no=GH1p2no+temp1p2no; end BER1p2no(i1)=2*GH1p2no/(log2(Mp2no)*sqrt(pi)); end %Danh gia BER cua SISO DPSK SIM FSO duoi nhieu loan yeu %Su dung pp tich phan cau phuong Gauss-Hermite %Xet nhieu nhiet va nhieu nen K1d=0.5*((R*M_ind)^2)*Pd/Ktemp; %Ket hop nhieu nhiet va nhieu nen %*******************Danh gia BER******************* for i1=1:length(Io) GH1d=0; for i2=1:length(x20) arg1d=K1d*(Io(i1)^2)*exp(2*x20(i2)*sqrt(2)*r-Varl); temp1d=w20(i2)*exp(-arg1d); GH1d=GH1d+temp1d; end BER1d(i1)=GH1d/(2*sqrt(pi)); end %*********Do thi**************************** semilogy(IodBm,BER1p,'r-') hold on semilogy(IodBm,BER1,':') hold on semilogy(IodBm,BER1d,'g ') hold on semilogy(IodBm,BER1p2,'-') hold on semilogy(IodBm,BER1p2no,'p-') hold on semilogy(IodBm,BER1p64,'-.') xlabel('Received average irradiance,E[I] (dBm)') ylabel('BER') 76 H nh 3.6: BER dựa SNR chuẩn cho hệ thống FSO đa sóng mang phụ nhiễu loạn không khí yếu với N= 1,2,5,10 σ l2 =0.1 %Danh gia BER cuar he thong SISO BPSK-FSO chiu anh huong nhieu loan yeu %su dung tich phan cau phuong Gauss-Hermite %*************Tham so*************************** R=1; %Dap ung Io=1; % Cuong khong xet nhieu loan N=10; %So luong song mang phu r=sqrt(0.1); %Do lech chuan log intensity Noise=logspace(0,-5,1000); %Phuong sai nhieu Gaussian M_indsub=1/N; %He so dieu che song mang phu %************************************************** for j=1:length(Noise) No=Noise(j); SNR10(j)=10*log10(((R*Io)^2)/(No)); K10=(R*Io)/(sqrt(2*No)); %****Hermite polynomial weights and roots************ w20=[2.22939364554e-13,4.39934099226e-10,1.08606937077e-7,7.8025564785e6,0.000228338636017,0.00324377334224, 0.0248105208875,0.10901720602,0.286675505363,0.462243669601, 0.462243669601,0.286675505363,0.10901720602,0.0248105208875,0.00324377334 224,0.000228338636017,7.8025564785e-6,1.08606937077e-7,4.39934099226e10,2.22939364554e-13]; x20=[-5.38748089001,-4.60368244955,-3.94476404012,-3.34785456738,2.78880605843,-2.25497400209,-1.73853771212,-1.2340762154,0.737473728545,-0.245340708301, 0.245340708301,0.737473728545,1.2340762154,1.73853771212,2.25497400209,2 78880605843,3.34785456738,3.94476404012,4.60368244955,5.38748089001]; %**************************************************** GH=0; for i=1:length(x20) arg10=K10*exp(x20(i)*sqrt(2)*r-r^2/2); temp10=w20(i)*qfunc(arg10); GH10=GH+temp10; end BER10(j)=GH10/sqrt(pi); end %**************************************************** N2=2; M_indsub2=1/2; for j=1:length(Noise) No=Noise(j); SNR2(j)=10*log10(((R*Io*(1/5))^2)/(No)); K2=(R*Io)/(sqrt(2*No)); %****Hermite polynomial weights and roots************ w20=[2.22939364554e-13,4.39934099226e-10,1.08606937077e-7,7.8025564785e6,0.000228338636017,0.00324377334224, 0.0248105208875,0.10901720602,0.286675505363,0.462243669601, 0.462243669601,0.286675505363,0.10901720602,0.0248105208875,0.00324377334 224,0.000228338636017,7.8025564785e-6,1.08606937077e-7,4.39934099226e10,2.22939364554e-13]; x20=[-5.38748089001,-4.60368244955,-3.94476404012,-3.34785456738,2.78880605843,-2.25497400209,-1.73853771212,-1.2340762154,0.737473728545,-0.245340708301, 77 0.245340708301,0.737473728545,1.2340762154,1.73853771212,2.25497400209,2 78880605843,3.34785456738,3.94476404012,4.60368244955,5.38748089001]; %**************************************************** GH=0; for i=1:length(x20) arg2=K2*exp(x20(i)*sqrt(2)*r-r^2/2); temp2=w20(i)*qfunc(arg2); GH2=GH+temp2; end BER2(j)=GH2/sqrt(pi); end %****************************************************8 N5=5; M_indsub5=1/5 for j=1:length(Noise) No=Noise(j); SNR5(j)=10*log10(((R*Io*(1/2))^2)/(No)); K5=(R*Io)/(sqrt(2*No)); %****Hermite polynomial weights and roots************ w20=[2.22939364554e-13,4.39934099226e-10,1.08606937077e-7,7.8025564785e6,0.000228338636017,0.00324377334224, 0.0248105208875,0.10901720602,0.286675505363,0.462243669601, 0.462243669601,0.286675505363,0.10901720602,0.0248105208875,0.00324377334 224,0.000228338636017,7.8025564785e-6,1.08606937077e-7,4.39934099226e10,2.22939364554e-13]; x20=[-5.38748089001,-4.60368244955,-3.94476404012,-3.34785456738,2.78880605843,-2.25497400209,-1.73853771212,-1.2340762154,0.737473728545,-0.245340708301, 0.245340708301,0.737473728545,1.2340762154,1.73853771212,2.25497400209,2 78880605843,3.34785456738,3.94476404012,4.60368244955,5.38748089001]; %**************************************************** GH=0; for i=1:length(x20) arg5=K5*exp(x20(i)*sqrt(2)*r-r^2/2); temp5=w20(i)*qfunc(arg5); GH5=GH+temp5; end BER5(j)=GH5/sqrt(pi); end %****************************************************8 N1=1; M_indsub1=1; for j=1:length(Noise) No=Noise(j); SNR1(j)=10*log10(((R*Io*(1/10))^2)/(No)); K1=(R*Io)/(sqrt(2*No)); %****Hermite polynomial weights and roots************ w20=[2.22939364554e-13,4.39934099226e-10,1.08606937077e-7,7.8025564785e6,0.000228338636017,0.00324377334224, 0.0248105208875,0.10901720602,0.286675505363,0.462243669601, 0.462243669601,0.286675505363,0.10901720602,0.0248105208875,0.00324377334 224,0.000228338636017,7.8025564785e-6,1.08606937077e-7,4.39934099226e10,2.22939364554e-13]; x20=[-5.38748089001,-4.60368244955,-3.94476404012,-3.34785456738,2.78880605843,-2.25497400209,-1.73853771212,-1.2340762154,0.737473728545,-0.245340708301, 0.245340708301,0.737473728545,1.2340762154,1.73853771212,2.25497400209,2 78880605843,3.34785456738,3.94476404012,4.60368244955,5.38748089001]; 78 %**************************************************** GH=0; for i=1:length(x20) arg1=K1*exp(x20(i)*sqrt(2)*r-r^2/2); temp1=w20(i)*qfunc(arg1); GH1=GH+temp1; end BER1(j)=GH1/sqrt(pi); end %*********Do thi**************************** semilogy(SNR10,BER10,'r') hold on semilogy(SNR5,BER5,'p-') hold on semilogy(SNR2,BER2,' ') hold on semilogy(SNR1,BER1,'g') xlabel('SNR(dB)') ylabel('BER') H nh 3.7: Xác suất liên lạc dựa công suất dự trữ kênh truyền tuân theo mô h nh nhiễu loạn log - normal với σl2 = 0.1,0.3,0.5,1 %Danh gia Cong suat bo sung (margin, m) de dat duoc muc xac suat dut lien lac cho truoc, su dung can tren Chernoff %lognormal % Su dung mo hinh nhap nhay clear clc Rhol=[0.5] ro=sqrt(Rhol); %Do lech chuan Log intensity for j=1: length(ro) r=ro(j); Pout=logspace(0,-10,50); %Xac suat dut lien lac for i=1: length(Pout) Po=Pout(i); arg=sqrt(-2*r^2*log(2*Po))+((r^2)/2); m(i)=exp(arg); margin(j,i)=10*log10(m(i)*1e3); %Margin (dBm) end end semilogy(margin,Pout) xlabel('Power Margin (dBm)') ylabel('Xac suat dut lien lac') title('SISO') 79 PHỤ LỤC C – Tham số trọng số nghiệm đa thức Hermite bậc 20 n f ( x)dx e x e x f x dx w xi e xi f xi i 1 2 i xi w xi w xi e xi -5.38748089001 2.22939364554E-013 0.898591961453 -4.60368244955 4.39934099226E-010 0.704332961176 -3.94476404012 1.08606937077E-007 0.62227869619 -3.34785456738 7.8025564785E-006 0.575262442852 -2.78880605843 0.000228338636017 0.544851742366 -2.25497400209 0.00324377334224 0.524080350949 -1.73853771212 0.0248105208875 0.509679027117 -1.2340762154 0.10901720602 0.499920871336 -0.737473728545 0.286675505363 0.493843385272 10 -0.245340708301 0.462243669601 0.490921500667 11 0.245340708301 0.462243669601 0.490921500667 12 0.737473728545 0.286675505363 0.493843385272 13 1.2340762154 0.10901720602 0.499920871336 14 1.73853771212 0.0248105208875 0.509679027117 15 2.25497400209 0.00324377334224 0.524080350949 16 2.78880605843 0.000228338636017 0.544851742366 17 3.34785456738 7.8025564785E-006 0.575262442852 18 3.94476404012 1.08606937077E-007 0.62227869619 19 4.60368244955 4.39934099226E-010 0.704332961176 20 5.38748089001 2.22939364554E-013 0.898591961453 80