Nghiên cứu, đánh giá lỗi mất đồng bộ thu phát lên hệ thống thông tin quang vô tuyến mimo fso sử dụng điều chế QAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Anousone SENGPHACHAN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ LỖI MẤT ĐỒNG BỘ THU PHÁT LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÔ TUYẾN MIMO/FSO SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ QAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HÀ NỘI - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Anousone SENGPHACHAN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ LỖI MẤT ĐỒNG BỘ THU PHÁT LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÔ TUYẾN MIMO/FSO SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ QAM CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN XUÂN DŨNG HÀ NỘI - 2016 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ - Họ và tên tác giả luận văn : Anousone SENGPHACHAN  - Đề  tài  luận  văn:  “Nghiên  cứu,  đánh  giá  lỗi  mất  đồng  bộ  thu  phát  lên  hệ  thống thông tin quang vô tuyến MIMO/FSO sử dụng điều chế QAM"  - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử  - Mã số SV: CB141080    Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác  giá đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 28/10/2016 với  các nội dung sau:    - Không phải sửa chữa gì    Ngày 02 tháng 11 năm 2016 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Nguyễn Xuân Dũng Anousone SENGPHACHAN    CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Nguyễn Hữu Trung   LỜI CẢM ƠN   Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Viện Điện tử -  Viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã  giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện luận văn. Đặc  biệt tác giả xin bày tỏ  lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Nguyễn Xuân Dũng người đã tận tình hướng dẫn giúp tác giả hoàn thiện luận văn này.  Tác giả luận văn Anousone SENGPHACHAN i LỜI CAM ĐOAN Tác  giả  xin  cam  đoan  bản  luận  văn  cao  học  này  với  đề  tài:  “Nghiên cứu, đánh giá lỗi đồng thu phát lên hệ thống thông tin quang vô tuyến MIMO/FSO sử dụng điều chế QAM”  hoàn  toàn  do  tác  giả  tự  làm  và  các  số  liệu  chưa từng được công bố trong các tài liệu nào khác. Tác giả có tham khảo một số  tài liệu được ghi trong mục “Tài liệu tham khảo”.  Tác giả luận văn Anousone SENGPHACHAN ii MỤC LỤC   LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU 1  CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ FSO 4  1.1 Khái niệm FSO 4  1.2 Lịch sử phát triển 4  1.3 Ưu nhược điểm FSO 7  1.3.1  Ưu điểm 7  1.3.2  Nhược điểm 9  1.4 Các kiến trúc mạng dùng FSO mặt đất 11  1.4.1  Kiến trúc mạng lưới 11  1.4.2  Kiến trúc mạng điểm – đa điểm 11  1.4.3 Kiến trúc mạng nhiều tuyến điểm – điểm .12  1.4.4  Kiến trúc mạng vòng .12  1.5 Động lực thúc đẩy nghiên cứu FSO 13  1.6 Mô hình hệ thống FSO .14  1.6.1  Máy phát .14  1.6.2  Kênh truyền 16  1.6.3  Máy thu .20  1.6.3.1  Thành phần của máy thu 20  1.6.3.2  Phân loại máy thu 20  CHƯƠNG 2: KÊNH TRUYỀN VÀ ĐIỂU CHẾ TRONG FSO 22  2.1 Mô hình kênh truyền .22  2.1.1  Giới thiệu về hỗn loạn không khí 22  2.1.2  Kênh truyền hỗn loạn không khí 23  2.1.3  Mô hình log-normal 26  2.1.3.1  Sự gắn kết không gian trong môi trường hỗn loạn yếu 29  2.1.4  Mô hình Gamma Gamma 30  iii 2.1.5  Mô hình mũ âm .31  2.1.6  Kết luận .32  2.2 Các kỹ thuật điều chế FSO 32  2.2.1 Giới thiệu .32  2.2.2  Điều chế khóa đóng mở .33  2.2.2.1  OOK trong hệ thống FSO kênh truyền phân bố Log-normal 34  2.2.2.2  OOK trong hệ thống FSO kênh truyền phân bố Gamma Gamma 35  2.2.3  Điều chế vị trí xung .36  2.2.4  Điều chế cường độ sóng mang .39  2.2.5  Kết luận .40  CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG MIMO/FSO/SC-QAM 42  3.1 Mô hình hóa hệ thống MIMO/FSO/SC-QAM 42  3.1.1  Hệ thống FSO một đầu phát một đầu thu (MIMO/FSO/SC-QAM) 42  3.1.2  Hệ thống FSO nhiều đầu phát nhiều đầu thu (MIMO/FSO/SC-QAM) 43  3.2 Mô hình hóa kênh truyền 45  3.2.1 Sự suy hao khí quyển .45  3.2.2  Hỗn loạn không khí .46  3.2.2.1  Mô hình Log-normal .46  3.2.2.2  Mô hình Gamma Gamma 47  3.2.2.3  Mô hình mũ âm .47  3.2.3  Lỗi không đồng bộ thu phát 48  3.2.4  Tổng hợp biến đổi tín hiệu cho toàn hệ thống 49  3.2.4.1  Với điều kiện hỗn loạn yếu .49  3.2.4.2.Với điều kiện hỗn loạn mạnh 51  3.2.4.3   Với điều kiện hỗn loạn bão hòa 52  3.3 Hàm tổng hợp với kênh hỗn loạn yếu cho hệ thống MIMO/FSO 52  CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG FSO/SC-QAM 54  4.1 Tỷ lệ lỗi ký tự 54  4.2 Phân tích số kết có 56  KẾT LUẬN CHUNG 64  TÀI LIỆU THAM KHẢO 65  iv DANH MỤC BẢNG  Bảng 1.1: Đặc điểm của các dải bước sóng quang 16  Bảng 1.2:  Phân bố các loại khí tiêu biểu kênh truyền khí quyển 18  Bảng 2.1:  Bảng định nghĩa thông số của công thức tỷ lệ lỗi bit điều chế PPM 38  Bảng 2.2:  So sánh các phương pháp điều chế trong FSO 41  Bảng 4. 1: Các tham số của một hệ thống FSO/SC-QAM tiêu biểu 56  v DANH MỤC HÌNH VẼ  Hình 1.1: Minh họa đường truyền FSO Hình  1.2:  Thí nghiệm  photophone của Alexander Graham Bell Hình  1.3:  Những thách thức của FSO truyền trong khí quyển Hình  1.4:  Kiến trúc mạng lưới và mạng đa điểm 12  Hình  1.5:  Kiến trúc mạng điểm - điểm và kiến trúc mạng vòng 12 Hình 1.6:  Một hệ thống FSO tiêu biểu 14 Hình  1.7:  Hình ảnh máy phát (thu) trong thực tế 15 Hình  1.8:  Kênh truyền trong không gian 17 Hình  2.1:  Ảnh hưởng của kênh truyền 23 Hình  3.1:  Mô hình một hệ thống SISO/FSO/SC-QAM tiêu biểu 42 Hình  3.2:  Mô hình một hệ thống MIMO/FSO/SC-QAM tiêu biểu .43 Hình 4.1: Sự biến đổi ASER khi thay đổi khoảng cách thu phát 57 Hình 4.2: Sự biến đổi ASER khi thay đổi đường kính vòng tròn khẩu độ 58 Hình 4.3: Sự biến đổi ASER khi thay đổi độ lớn của biến lệch jiter .59 Hình 4.4: Sự biến đổi ASER khi thay đổi độ lớn của bán kính chùm tia phát .60 Hình 4.5: Sự biến đổi của ASER khi thay đổi SNR đầu phát 61 Hình 4.6: Sự biến đổi của ASER khi thay đổi công suất đầu phát 62 Hình 4.7: Sự biến đổi của ASER khi thay đổi đường kính màn chắn .62 vi LỜI MỞ ĐẦU   Điện tử có vai trò rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hóa và phát triển  kinh  tế,  xã  hội  của  đất  nước.  Do  đó,  ngành  kỹ  thuật  điện  tử  phải  được  phát  triển  mạnh  để đáp  ứng nhu  cầu  về  điện  tử  ngày  càng  cao  của  đất  nước.  Ngành  điện  tử  ngày càng phát triển, mức độ quan trọng hơn, do đó vấn đề phát triển ngành điện tử  là cấp thiết trong cuộc sống cũng như trong công việc.    Việc nghiên cứu, tìm  hiểu kỹ thuật quang vô tuyến là  một vấn  đề cấp thiết  nhằm  hiểu rõ  nguyên  lý  hoạt động, cách thức tổ  chức mạng  thông  tin băng thông  rộng.  Có  ứng  dụng  trong  nhiêu  lĩnh  vực  khác  nhau,  trong  điều  kiện  thời  tiết,  địa  hình của nước Lào.   - Giới thiệu FSO Như  đã  nói  ở  trên,  phần  này  sẽ  trình  bày  những  khái  niệm  cơ  bản  nhất  về  công nghệ FSO nhằm mục đích cung cấp cho người đọc cái nhìn tổng thể và trực  quan nhất về công nghệ còn khá mới mẻ này tại Việt Nam. Trong phần này, em sẽ  dùng  chương  1  để  nêu  những  định  nghĩa,  khái  niệm,  lịch  sử  phát  triển  của  công  nghệ FSO. Chương 2 sẽ trình bày về kênh truyền hỗn loạn và các kỹ thuật điều chế  được sử dụng phổ biến trong FSO  - Mục đích nghiên cứu _ Đưa ra được mô hình lý thuyết hệ thống MIMO/FSO dưới tác động nhiễu  loạn khí quyển.  _ Đánh giá định lượng tác động của lỗi  mất đồng bộ thu phát lên  hệ thống  thông tin quang vố tuyến trên.  _ Thực hiện các kết quả trên máy tính sử dụng matlab.  - Đối tượng nghiên cứu _ Tìm hiểu về  FSO, MIMO/FSO  _ Tìm hiểu kênh truyền FSO, ảnh hưởng của nhiễu lên kênh truyền.    1  Bằng  cách  đặt  t  ln( X a )  a 2 I   ta  thu  được  dạng  rút  gọn  của  phương  trình  (3.20) như sau:  fX (X )  Trong  đó,  2 2 A0 X l  ta  X đã  -1 b ln( X  c e erfc( ) 21 a  0.5 I2   I2 ,  đặt:   (3. 21) b  I2 (1   )   và  c  0.5 I2   I2  ln  A0 X l    3.2.4.2.Với điều kiện hỗn loạn mạnh Sử dụng mô hình Gamma Gamma cho biến đổi tín hiệu gây ra bởi hỗn loạn  không khí, phương trình (3.15) với phương trình ( 3.12) và( 3.8), ta thu được những  kết quả sau đây:  Thay  (3.19) và ( 3.12) vào ( 3.18) ta được:  fX (X )  2 ( )(   )/2 2 X -1 ( X l A0 ) ( )(  )                   (   ) -1- Xa K - (2    (3. 22)  X a )dX a X / X l A0 Khai triển hàm Bessel điều chỉnh về dạng chuỗi như sau:  K v ( x)   ( x / 2) p v ( x / 2)2 p v     2sin( v) p0  ( p  v  1) p ! ( p  v  1) p !   (3. 23) Thay      vào     ta thu được:  fX (X )   ( ,  ,  ) I  ( X l A0 ) 2 1     p  p    1 p  (  ) ( I ) dI (  ) ( I a ) p   1 dI a   a a      I /( X l A0 ) I /( X l A0 )    ( p      1) p ! ( p      1) p ! p 0       (3.24)  Trong đó  ( ,  ,  )     ( )(  )sin( (   )) 51    Một cách khác để rút gọn phương trình (3.23) đó là sử dụng hàm Meijer G.  Ta có mối quan hệ giữa hàm Bessel điều chỉnh và hàm Meijer  2,0 x (   )/2 K -  (2 x )  G0,2 ( x |  ,  ) (3. 25) Tiếp đó, ta sử dụng tính chất sau của hàm Meijer:  a ,a , ,a ,a , ,a n n1 p a-1 m,n  z Gp,q ( zw |b ,b , ,b ,b , ,b )dz m m1 q (3. 26) a1,a2 , ,an ,an1, ,a p ,n1  z aG m p1,q 1( zw |b1,b2 , ,bm ,bm1, ,bq ,-a )      Áp dụng phương trình (3.25) và (3.26) vào (3.22) ta thu được:  fX (X )  2 2 ( A0 hl )  ( ) (  ) 2,1 G1,3 ( X 1 | ) A0 X l  ,  , (3. 27) 3.2.4.3 Với điều kiện hỗn loạn bão hòa Sử dụng mô hình mũ âm cho biến đổi tín hiệu gây ra bởi hỗn loạn không khí,  như vậy ta phải tổng hợp phương trình phương trình (3.15) với phương trình (3.14)  và( 3.8) để thu được hàm mật độ xác suất của X. Thay(3.18) và (3.14) vào (3.17) ta  được:   fX (X )   X /( X l A0 ) 2 X  -1  X a ( ) e dX a X a X l A X a X l (3. 17)  Ta có  hàm gamma  ( , x)   et t 1dt ,  từ  đó  suy  ra  được  dạng  rút  gọn  của  x phương trình(3.28) như sau:  fX (X )  2 2 X  -1 (1   , ( X l A0 ) X ) X l A0 (3. 18) 3.3 Hàm tổng hợp với kênh hỗn loạn yếu cho hệ thống MIMO/FSO Từ phương trình (3.21) ta thấy:   X mn     mn (3. 30)  mn 52  Ta được hàm phân bố xác suất cho hệ thống MIMO/FSO như sau:  f mn ( mn )  0.5  mn 2 2 ( A0 hl ) -1 0.5  mn ln( mn /  mn )  c b e erfc( ) 81 Trong đó, ta đã đặt:  a  0.5 I2   I2 ,  b        c  0.5 I2   I2  ln  A0 X l       I2 (1   ) 53     và   (3. 31) CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG FSO/SC-QAM 4.1 Tỷ lệ lỗi ký tự Trong mục này, chúng ta sẽ đưa ra công thức tính toán tỷ lệ lỗi ký tự 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:   (4. 1) Pse   Pe ( )  f ( )d  Trong phương trình trên,  Pe ( )  là hàm xác suất lỗi có điều kiện của tỷ số tín  hiệu trên tạp âm tức thời tại phía máy thu và  f ( ) là hàm mật độ xác suất của tỷ số  tín hiệu trên tạp âm tức thời tại phía máy thu. Với hệ thống FSO/SC-QAM thì hàm  xác suất lỗi có điều kiện được tính như sau:    Pse ( )    1  [1  2q  M  Q ( AI  )][1  2q M Q Q ( AQ  )] (4.2) Trong phương trình trên, MI và MQ lần lượt là biên độ tín hiệu cùng pha và  biên độ tín hiệu cầu phương, hàm q(x)= 1-x-1 và Gauss Q(.) được định nghĩa: Q(x)= 0.5erfc(x/√2). Các thông số còn lại được tính như sau:       1/2  AQ  6r /  M I      r M Q         1/2  , AI    /  M I      r M Q        Với r = dQ/dI là tỷ số quyết định cầu phương trên đồng pha.  Phương trình 4.2 có thể được rút gọn thành:  Pe ( )  2q ( M I )Q ( AI  )  2q ( M q )Q ( Aq  )  4q ( M I ) q ( M q )Q ( AI  )Q ( AQ  )   54  (4.3) Thay (4.3) vào (4.1) ta thu được công thức tính tỷ lệ lỗi ký tự trung bình:    Pse  2q ( M I )  Q ( AI  ) f x ( ) d   2q ( M q )  Q ( Aq  ) f x ( )d  0 (4.4)              4q ( M I ) q ( M q )  Q( AI  )Q( AQ  ) f x ( ) d  Để tính được tỷ lệ lỗi ký tự, trước tiên ta phải tìm ra hàm mật độ xác suất của  tỷ  số  tín  hiệu  trên  tạp  âm  tức  thời  phía  máy  thu.  Từ  phương  trình…và  phương  trình…kết hợp sử dụng công thức liên hệ giữa các hàm mật độ xác suất:  f x ( x)  x f x ( x)  ta thu được hàm  mật  độ xác suất của tỷ số tín hiệu trên  tạp âm tức thời cho kênh MIMO FSO như sau :  - Trường hợp hỗn loạn yếu:                 (4.5)  Thay phương trình (4.5) hoặc (4.6) hoặc phương trình (4.7) vào công thức  tính tỷ lệ lỗi ký tự trung bình, ta thu được:    Pse  2q ( M I ) I1  q ( M q ) I  4q  M I  q M q I (4.8) Trong đó, ta đã đặt:             I1   Q AI   f ( )d ,  I   Q AQ   f ( )d  ,  I3   Q AI  Q AQ   f ( )d  0 Để có thể tính được I1, I2, I3 ở trên, trước tiên ta phải sử dụng công thức sấp  xỉ của hàm Q Gauss như sau:  x2   Q ( x)  e  e 12 4 x2 Các phương trình thu được ta tính kết quả và vẽ bằng matlab.    55  (4.9)   4.2 Phân tích số kết có Sử dụng những công thức đã được đưa ra ở trên, chúng ta sử dụng matlab để  tính  toán  tỷ  lệ  lỗi  ký  tự  cho  những  trường  hợp  khác  nhau.  Quá  trình  tính  toán  và  phân tích được thực hiện dưới nhiều điều kiện hoạt động khác nhau, các điều kiện  về lỗi không đồng bộ  không gian thu phát khác nhau thông qua việc thay đổi bán  kính  tia  tại đầu phát, bán  kính  vòng  tròn  khẩu  độ  tại điểm  thu,  và  biến  jitter.  Các  thông số cố định của hệ thống được chọn tiêu biểu như sau:  Bảng 1: Các tham số hệ thống FSO/SC-QAM tiêu biểu Tham số Ký hiệu Giá trị Bước sóng Laser   1550 nm  Đáp ứng PD    1  Hệ số điều chế  κ  1  Tổng nhiễu  N0  10-7 A/Hz  Khoảng cách truyền dẫn  L  1000 m  Biên độ tín hiệu cùng pha  MI  8  Biên độ tín hiệu cầu phương  MQ  4    So sánh tỷ lệ lỗi ký tự của hệ thống MIMO/FSO và SISO/FSO vẽ bằng  cách  thay  đổi  khoảng  cách  thu  phát  (Nt=2,  Nr=2,  D=0.0755  m,  P=50dBm,  =0.022)      56  =0.3,  Hình 4.1: Sự biến đổi ASER thay đổi khoảng cách thu phát   Bằng cách giảm độ biến thiên của khoảng cách thu phát và thay đổi đường  kính màn chắn, từ hình 4.1 ta đã thấy rõ được sự khác biệt của hệ thống MIMO và  SISO. Cụ thể là tại cùng  một công suất là EbN0=20dB và khoảng cách thu phát là  900 mét thì hệ thống MIMO cho tỷ lệ ASER là gần 10-6  trong khi đó hệ thống SISO  chỉ đạt 10-3.  So sánh tỷ lệ lỗi ký tự của hệ thống MIMO/FSO và SISO/FSO vẽ bằng cách  thay đổi đường kính màn chắn D.  (L=1000 m,    57  =0.3, P=50dBm, =0.022)    Hình 4.2: Sự biến đổi ASER thay đổi đường kính vòng tròn độ   Từ hình 4.2 ta thấy hệ thống làm  việc càng tốt khi  ta tăng đường  kính vòng  tròn khẩu độ. Sự khác biệt giữa hệ thống MIMO và SISO là khá rõ ràng. Ví dụ tại  đường kính màn chắn là 0.08 mét. Thì hệ thống SISO cho tỷ lệ ASER khá cao là 10-3  còn với hệ thống MIMO (Nt=Nr=2) cho tỷ lệ ASER khá tốt vào khoảng 10-7,  còn với  hệ thống MIMO (Nt=Nr=3) thì nhỏ hơn rất nhiều. Qua đó chúng ta cũng thấy được  độ lợi của hệ thống MIMO khi chúng ta tăng số lượng đầu phát và đầu thu.  So sánh tỷ lệ lỗi ký tự của hệ thống MIMO/FSO và SISO/FSO vẽ bằng cách  thay  đổi  độ  lớn  của  biến  lệch  jiter  ( ).  (  D=0.0755m,  L=1000m,  P=50dBm,  =0.022m)    58  Hình 4.3: Sự biến đổi ASER thay đổi độ lớn biến lệch jiter   Hình 4.3 thể hiện mối quan hệ giữa ASER và biến jiter tại điểm thu khảo sát  trong 3 hệ thống khác nhau. Từ hình ta có thể thấy rõ rang rằng ASER giảm đáng  kể, điều này có nghĩa là hệ thống làm việc càng tốt, khi mà biến jiter giảm. Cũng  tương tự như trên thì việc thay đổi số lượng đầu thu và phát của hệ thống ảnh hưởng  rất lớn đến chất lượng tín hiệu tại đầu thu. Cụ thể là với cùng một công suất phát  EbNo=20dB,  đường  kính  màn  chắn  D=0.0755m  và  độ  lệch  jiter  =0.23m,    hệ  thống  MIMO  (Nt=Nr=3)  cho  tỷ  lệ  ASER  rất  thấp  là  10-7,  hệ  thống  MIMO  (NT=Nr=2) tương ứng là 10-5 còn hệ thống SISO chỉ đạt mức 10-3.  So sánh tỷ lệ lỗi ký tự của hệ thống MIMO/FSO và SISO/FSO vẽ bằng cách  thay  đổi  độ  lớn  của  bán  kính  chùm  tia  phát  =0.3).      59  ,    (L=1000m,  P=50dBm,    Hình 4.4: Sự biến đổi ASER thay đổi độ lớn bán kính chùm tia phát   Hình 4.4 biểu diễn sự biến đổi của ASER theo bán kính tia tại điểm phát ω0 với  nhiều  giá  trị  của  đường  kính  đường  tròn  khẩu  độ  thu  khác  nhau.  Rõ  rang,  từ  hình này ta có thể thấy, với những điều kiện xác định của hệ thống bao gồm điều  kiện hỗn loạn xác định, bán kính vòng tròn  khẩu độ thu xác định, thì ASER càng  giảm khi ở miền giá trị nhỏ của bán kính tia tại điểm phát. Tuy nhiên, tại một giá trị  xác định của bán kính tia tại điểm phát ω0 , ASER sẽ đạt tới giá trị cực tiểu. Giá trị  này của ω0 được gọi là giá trị ngưỡng, khi vượt qua giá trị này, thì ASER sẽ tăng  lên khi ω0 tăng. Mà hệ thống hoạt động càng hiệu quả khi ASER càng thấp. Bên  cạnh đó chúng ta cũng thấy khá rõ ràng độ lợi của hệ thống MIMO khi hệ thống này  cho chúng ta một tỷ lệ ASER rất tốt là 10-8 tại giá trị ngưỡng 0.022m của ω0 (trường  hợp đường kính màn chắn là D=0.0755m), trong khi đó với hệ thống SISO với cùng  thông số hệ thống thì chỉ cho tỷ lệ ASER khoảng 10-5.    60  So sánh tỷ lệ lỗi ký tự của hệ thống MIMO/FSO và SISO/FSO vẽ bằng cách  thay  đổi  độ  lớn  công  suất  tại  đầu  phát    =  0.022m,    L=1500m,  P=50dBm,  =0.3, D=0.0755m.    Hình 4.5: Sự biến đổi ASER thay đổi SNR đầu phát   Từ hình 4.5 ta có thể thấy việc tăng số lượng đầu phát và thu đã làm giảm  đáng kể công suất phát tại đầu phát. Cụ thể là tại mức ASER= 10-3 thì với hệ thống  MIMO Nt=Nr=2 thì công suất phát đã giảm được 6.5dB, tương tự như vậy với hệ  thống MIMO Nt=Nr=3 thì công suất phát đã giảm được là 8.5dB.  So sánh tỷ lệ lỗi ký tự của hệ thống MIMO/FSO khi sử dụng các loại điều  chế QAM khác nhau ( L=1500m,D=0.0755m,    61  =0.3, , =0.022m, Nt=Nr=2)    Hình 4.6: Sự biến đổi ASER thay đổi công suất đầu phát Hình 4.7: Sự biến đổi ASER thay đổi đường kính chắn   62  Từ hình 4.6 ta có thể thấy được tại cùng một tỷ lệ ASER như nhau là 10-3 thì  điều  chế  16QAM  cần  dùng  công  suất  phát  là  48dBm,  32RQAM  là  52dBm  và  64QAM thì cần dùng lên đến 60dBm. Vậy ta có thể thấy việc chúng ta sử dụng điều  chế 32RQAM đảm bảo cho việc cân bằng giữa hiệu quả băng thông và chi phí hệ  thống. Hình số 4.7 giúp chúng ta minh họa rõ hơn điều đó.    63  KẾT LUẬN CHUNG  Các vấn đề đã giải quyết được:  Mục tiêu của đồ án là cải thiện được công suất phát tại đầu phát, và chọn ra  thông số tối ưu cho hệ thống. Qua quá trình phân tích và đánh giá các đồ thị, mục  tiêu  của  đồ  án  là  giảm  công  suất  phát  đã  được  hoàn  thành  một  cách  khá  tốt.  Và  thông số bán kính chùm tia phát có giá trị là 0.022m thì hệ thống đạt hiệu suất cao  nhất.   Các vấn đề còn tồn tại:  Tuy  đã  có  mô  phỏng  để  kiểm  chứng  công  thức  lý  thuyết,  nhưng  do  công  nghệ và kinh phí không cho phép khảo sát thực tế trên thiết bị thật các kết quả và  con số thống kê chỉ mang tính chất lý thuyết, khi áp dụng thực tế chắc chắn còn rất  nhiều vấn đề khó khăn. Kính mong các thầy cô và các bạn đóng góp thêm nhiều ý  kiến để đề tài có thể tiến gần với thực tế trong tương lai không xa.       64  TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H. Haas, S. Imre, D. O’Brien, M. Rupp, and L. Gyongyosi, “Wireless Myths,  Realities,  and  Futures:  From  3G/4G  to  Optical  and  Quantum  Wireless,”  Proceedings of the IEEE, vol.100 , no.13,pp.1853–1888, May 2012.  [2] V. Kvicera, M. S. Awan, E. Leitgeb, S. Muhammad, and G. Kandus, “Weather  effects  on  hybrid  FSO/RF  communication  link,”  IEEE  J.Sel.  Areas  in  Communications, vol.7, no.9, pp.1687–1697, Dec.2009.  [3] X.  Zhu  and  J.  M.  Kahn,  “Free-space  optical  communication  through  atmospheric  turbulence  channels,”  IEEE  Trans.  Commun.,  vol.50,  no.8,  pp.1293–1300, Aug. 2002.  [4] L.  Andrews,  R.  L.  Philips,  and  C.  Y.  Hopen,  Laser  Beam  Scintillation  With  Applications. SPIE Press, 2001.  [5] X.  Zhu  and  J.  M.  Kahn,  “Performance  bounds  for  coded  free-space  optical  communications  through  atmospheric  turbulence  channels,”  IEEE  Trans.  Commun., vol.51, no.8, pp.1233–1239, Aug. 2003.  [6] M.  Uysal,  J.  Li,  and  M.  Yu,  “Error  rate  performance  analysis  of  coded  freespace  optical  links  over  gamma-gamma  atmospheric  turbulence  channels,”  IEEE Trans. Wirel. Commun., vol.5, no.6, pp.1229–1233, Jun. 2006.  [7] M. M. Ibrahim and A. M. Ibrahim, “Performance analysis of optical receivers  with  space  diversity  reception,”  Proc.  IEE-Commun.,  vol.143,  no.6,  pp.369– 372, Dec. 1996.  [8] E. Lee and V. Chan, “Part 1: Optical communication over the clear turbulence  atmospheric  channel  using  diversity,”  IEEE  Trans.  Commun.,  vol.22,  no.9,  pp.1896–1960, Nov. 2004.  [9] E.  J.  Shin  and  V.  W.  S.  Chan,  “Optical  communication  over  the  turbulent  atmospheric  channel  using  spatial  diversity,”  IEEE  GLOBECOM,  pp.2055– 2060, Nov. 2002,    65  ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Anousone SENGPHACHAN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ LỖI MẤT ĐỒNG BỘ THU PHÁT LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÔ TUYẾN MIMO/ FSO SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ... toán độ chính xác. Vận dụng kết quả nghiên cứu, xây dựng phương pháp tính toán  đánh giá lỗi mất đồng bộ thu phát lên hệ thống thông tin quang vô tuyến MIMO/ FSO sử dụng điều chế QAM.   - Ý... Mạng thông tin mang lại hiệu quả về kinh tế, chính trị, thẩm mỹ cho các tỉnh.   Tên đề tài: Nghiên cứu, đánh giá lỗi đồng thu phát lên hệ thống thông tin quang vô tuyến MIMO/ FSO sử dụng điều chế QAM