Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật điều chế trong thông tin vô tuyến quang

MC LC LI CAM OAN iii THUT NG VIT TT iv DANH MC CC B NG v DANH MC HèNH V vi LI NểI U CHNG I TNG QUAN V THễNG TIN Vễ TUYN QUANG FSO 1.1 Khỏi nim chung v h thng FSO 1.2 Lch s phỏt trin 1.3 Mụ hỡnh h thng FSO 1.3.1 Mỏy phỏt 1.3.2 Mỏy thu 10 1.3.3 Kờnh truyn dn vụ tuyn 12 1.4 Cỏc yu t nh hng v nhng thỏch thc lờn h thng FSO 15 1.5 u im v nhc im ca h thng FSO 17 1.5.1 u im 17 1.5.2 Nhc im 19 1.6 Mt s ng dng tiờu biu ca FSO 20 1.7 Kt lun Chng I 22 CHNG II KấNH TRUYN V Mễ HèNH KấNH NHIU LON KHễNG KH 23 2.1 Gii thiu v nhiu lon khụng khớ 23 2.2 Suy hao FSO 25 2.2.1 Suy hao kờnh truyn khụng khớ 25 2.2.2 Suy hao chựm tia b phõn k 27 2.2.3 Cỏc yu t suy hao khỏc 28 2.3 Kờnh truyn nhiu lon khụng khớ 28 2.3.1 Mụ hỡnh Log-normal 31 2.3.2 Mụ hỡnh Gamma-Gamma 36 2.3.3 Mụ Hỡnh M m 38 2.4 Tỏc ng ca nhiu lon khụng khớ ti h thng FSO 39 2.4.1 S thng giỏng cng 40 2.4.2 S gión xung 40 2.4.3 S lch hng thu - phỏt 41 2.5 Kt Lun Chng 42 i CHNG III NGHIấN CU V NG DNG K THUT IU CH BIấN CU PHNG SểNG MANG ( SC-QAM) TRONG THễNG TIN Vễ TUYN QUANG (FSO) 43 3.1 Gii thiu v cỏc k thut iu ch FSO 43 3.2 H Thng FSO s dng k thut iu ch QAM 47 3.3 Mụ Hỡnh Húa Kờnh Truyn 52 3.3.1 S Suy Hao Khớ Quyn 52 3.3.2 Nhiu lon khụng khớ 53 3.3.3 Li lch hng thu phỏt 54 3.3.4 Tng hp bin i tớn hiu cho ton h thng 55 3.4 ỏnh giỏ hot ng ca h thng FSO/SC-QAM 56 3.5 Phõn tớch cỏc kt qu thu c 59 KT LUN 67 KIN NGH CC HNG NGHIấN CU TIP THEO 68 TI LIU THAM KHO 69 ii LI CAM OAN Trc ht, tụi xin gi li cm n chõn thnh ti th cỏc thy, cụ giỏo Vin in t - Vin thụng, trng i hc Bỏch Khoa H Ni ó to mt mụi trng tt tụi hc v nghiờn cu Tụi cng xin c m n cỏc thy cụ Vin o to sau i Hc ó quan tõm n khúa hc ny, to iu kin cho cỏc hc viờn cú iu kin thun li hc v nghiờn cu c bit tụi xin gi li cm n sõu sc n Thy giỏo TS H Duyờn Trung ó tn tỡnh ch bo, hng dn v sa cha ni dung ca lun ny Tụi xin cam oan rng ni dung ca lun ny l tụi tỡm hiu, nghiờn cu v vit Tt c u c tụi thc hin cn thn v cú s nh hng, sa cha ca GVHD Tụi xin chu trỏch nhim vi nhng ni dung bn lun ny Tỏc gi Vn Tun iii THUT NG VIT TT APD ASER AWGN BER BS FSO HD ISI LED LOS MAM MIMO NRZ OOK PPM PSK QAM RZ SIM SISO SNR avalanche photodiode Average Symbol Error Ratio Addtive White Gaussian Noise Bit Error Ratio Base Station Free-Space Optical High Definiton Inter Symbol Interference Light Emitting Diode Line Of Sight M-aray Amplitude Modulation Multiple Input - Multiple Output Non Return Zero On-Off Key Pulse-position modulation Phase-shift keying Quadrature amplitude modulation Return Zero Subcarrier Intensity modulation Single Input Single Output Signal Noise Ratio iv Diot thu quang dng thỏc l T k li kớ t trung bỡnh Nhiu Gauss trng cng T l li Bit Trm thu phỏt gc Thụng tin vụ tuyn quang nột cao Nhiu liờn kớ t Diot phỏt quang Tm nhỡn thng iu ch biờn M mc a b phỏt - a b thu Khụng tr v iu ch khúa úng m iu ch v trớ xung iu ch khúa dch pha iu ch biờn cu phng Tr v iu ch cng súng mang Mt phỏt - mt thu T s tớn hiu trờn õm DANH MC CC BNG Bng 1.1: Cỏc ngun quang s dng ph bin cụng ngh FSO Bng 1.2: Cỏc b tỏch súng quang thng c s dng Bng 1.3: Phõn b cỏc loi khớ tiờu biu kờnh truyn khớ quyn Bng 2.1: Bỏn kớnh v quỏ trỡnh tỏn x ca cỏc ht tỏn x in hỡnh cú khụng khớ ti = 850 nm Bng 3.1: Cỏc thụng s ca mt h thng FSO/SC-QAM tiờu biu v DANH MC HèNH V Hỡnh 1.1: Cu trỳc h thng FSO Hỡnh 1.2: Hỡnh nh minh ng mt tuyn FSO Hỡnh 1.3: Thớ nghim photophone ca Alexander Graham Bell Hỡnh 1.4: S h thng FSO Hỡnh 1.5: Hỡnh nh mỏy thu - phỏt thc t Hỡnh 1.6: Nhng thỏch thc m h thng FSO gp phi Hỡnh 1.7: Kt ni tc cao gia cỏc tũa nh Hỡnh 2.1: nh hng ca kờnh truyn lờn tớn hiu Hỡnh 2.2: Chựm tia phõn kỡ Hỡnh 2.3: Hm PDF ca log-normal vi cỏc giỏ tr s l2 khỏc Hỡnh 2.4: Kờnh truyn khụng khớ vi cỏc lc xoỏy nhiu lon Hỡnh 2.5: (a) Xung quang lan truyn qua mụi trng nhiu lon khớ quyn b bin dng; (b) S gión xung lm tng li bit Hỡnh 2.6: S lch hng cha chựm tia Hỡnh 3.1: Cỏc k thut iu ch quang Hỡnh 3.2: Dng súng thi gian ca 4-bits OOK v 16-PPM Hỡnh 3.3: Cỏc dng chũm k thut iu ch QAM Hỡnh 3.4: Biu tớn hiu Rectangular QAM Hỡnh 3.5: S h thng FSO/SC-QAM Hỡnh 3.6a,b: ASER ca h thng FSO tớnh theo cỏc hm Q(x) ti mc SNR nh (110dB)v SNR ln (10-30dB) Hỡnh 3.7: ỏnh giỏ ASER theo s thay i ca L Hỡnh 3.8: Tỏc ng ca Cn2 lờn h thng FSO Hỡnh 3.9: ỏnh giỏ ASER vi cỏc phng thc iu ch khỏc Hỡnh 3.10: So sỏnh cụng ngh SISO/FSO vi MIMO/FSO vi LI NểI U Tớnh khoa hc v tớnh cp thit ca lun Trong nhng nm gn õy, mng vin thụng ó cú nhng bc phỏt trin vt bc ỏp ng nhu cu ngy cng tng ca cỏc dch v vin thụng Tuy nhiờn s tng trng t bin nhu cu v dch v vin thụng ang t nhng thỏch thc to ln i vi h tng mng Sau s i ca si quang n v cỏc cụng ngh quang liờn quan vo u nhng nm 1980, cỏc mng truyn dn quang ó cú nhng bc phỏt trin vt bc S phỏt trin ca cỏc h thng truyn dn quang l nhm ỏp ng cho s tng trng t bin ca lu lng vin thụng ton c u nhng nm qua Cỏc h thng truyn thụng quang s dng si quang hin cú kh nng truyn ti vi dung lng ln, kt ni nhiu ngi dựng v cung cp nhiu loi dich v nh thoi, fax, hỡnh nh, s liu Cựng cú kh nng truyn dn tc cao, nhng cỏc h thng truyn thụng vụ tuyn quang qua khụng gian t FSO (Free-Space Optics Communication) li d dng lp t, di chuyn hoc thit lp li cu hỡnh mng cn FSO cú an ton cao vỡ s dng thụng tin tm nhỡn thng LOS (Line-Ofsight) v tớnh hng ca bỳp súng quang cao Vỡ vy h thng thụng tin vụ tuyn quang FSO ang ngy cng phỏt trin ỏp ng nhu cu ca cỏc doanh nghip, t chc, cỏ nhõn Trong tt c cỏc phn t cu thnh h thng thụng tin quang núi chung v h thng FSO núi riờng, cụng ngh hay k thut iu ch tớn hiu úng vai trũ quan trng vic ỏp ng cỏc yờu cu ca h thng Vỡ vy vic nghiờn cu v cụng ngh iu ch tớn hiu quang nhm mc ớch ún u cụng ngh va cú th nõng cao nng lc ca mng li truyn dn va cú th s dng hiu qu h tng quang sn cú ng thi cú th a xut ng dng cụng ngh mi thớch hp, hiu qu nhm nõng cao hiu sut truyn dn h thng thụng tin quang Mc ớch nghiờn cu ti ny nghiờn cu, ng dng cỏc k thut iu ch thụng tin vụ tuyn quang FSO ỏnh giỏ cht lng ca cỏc k thut iu ch cng nh tỏc ng ca cỏc yu t mụi trng truyn dn lờn h thng FSO - H thng húa nhng lý thuyt c bn v tng quan v h thng thụng tin vụ tuyn quang FSO - a mụ hỡnh kờnh truyn nhiu lon khụng khớ, cng nh tỏc ng ca nú n h thng FSO - c im ca cỏc phng thc iu ch ang c s dng - ng dng k thut iu ch QAM h thng FSO i tng, phm vi v phng phỏp nghiờn cu - i tng nghiờn cu l h thng FSO s dng k thut iu ch QAM - Lun gii hn vic s dng mụ hỡnh Log-nomal mụ hỡnh húa kờnh truyn nhiu lon khụng khớ, khụng tớnh n suy hao truyn khụng khớ v li lch hng thu- phỏt S dng k thut iu ch QAM vi phõn b chũm vuụng ỏnh giỏ cht lng h thng - Phng phỏp nghiờn cu lun c kt hp gia nghiờn cu lý thuyt vi nghiờn cu mụ phng trờn Matlab thụng qua t l li kớ t trung bỡnh (ASER) v t l tớn hiu trờn õm trung bỡnh (Average SNR) Ni dung ca lun Ni dung ca lun gm chng Chng I: Tng quan v thụng tin vụ tuyn quang FSO Chng II: Kờnh truyn v mụ hỡnh kờnh nhiu lon khụng khớ Chng III: Nghiờn cu, ng dng k thut iu ch biờn cu phng súng mang (QAM) thụng tin vụ tuyn quang (FSO) CHNG I TNG QUAN V THễNG TIN Vễ TUYN QUANG FSO 1.1 Khỏi nim chung v h thng FSO H thng thụng tin vụ tuyn quang - FSO ( Free-space optical communication) l cụng ngh truyn thụng tin, d liu gia im s dng bc x quang nh l tớn hiu mang tin v c truyn qua cỏc kờnh truyn t D liu cn truyn c iu ch cng , pha, hoc tn s ca bc x quang mang tin Mt ng truyn dn FSO l ng truyn dn thng (Line Of Sight - LOS), vỡ vy m bo vic trao i thụng tin thnh cụng, yờu c u mỏy thu v mỏy phỏt phi cú th nhỡn thy mt cỏch trc tip m khụng cú bt k mt chng ngi vt no trờn ng truyn Kờnh truyn t cú th l khụng gian v tr, nc bin, khớ quyn hoc l s kt hp ca cỏc loi mụi trng trờn cựng mt tuyn thụng tin Tuy nhiờn h thụng FSO ch yu c s dng trờn mt t, vy, kờnh truyn ch yu c xột n l kờnh truyn khụng khớ Hỡnh 1.1: Cu trỳc h thng FSO Mt mng truyn thụng quang khụng dõy bao gm cỏc b thu-phỏt quang (gm mt thu v mt phỏt) cung cp kh nng thụng tin mt hoc hai chiu Mi phỏt quang s dng mt ngun quang v mt h thng cỏc thu kớnh phỏt tớn hiu quang qua khụng gian ti thu Ti phớa thu, cỏc thu kớnh khỏc c s dng thu tớn hiu, thu kớnh ny c ni vi thu cú nhy cao Thụng thng, cỏc b thu phỏt c gn trờn cao vớ d nh trờn núc cỏc tũa Hỡnh 1.2: Hỡnh nh minh mt tuyn FSO 1.2 Lch s phỏt trin FSO l mt cụng ngh ó cú t lõu i s dng s truyn lan ỏnh sỏng khụng gian truyn tớn hiu gia hai im T khong nhng nm 800 trc cụng nguyờn, ngi Hy Lp v ngi La Mó c i ó bit s dng la, khúi bỏo hiu v cnh bỏo Nhng k thut bỏo hiu bng thụng tin quang vớ d nh bỏo hiu c s dng hng hi Phỏp vo nm 1790, nhiờn vo nm 1880 Alexander Graham Bell ó t nn múng ln u tiờn truyn cho h thng thụng tin quang mụi trng t Trong thớ nghim ca mỡnh, Bell ó iu ch bc x ca mt tri vi tớn hiu õm v truyn i qua khong cỏch khong 200m Cuc trũ chuyn in thoi khụng dõy u tiờn trờn th gii xy nm 1880, Alexander Graham Bell v Charles Sumner Tainter ó dựng photophone thc hin cuc hi thoi õm khụng dõy qua chựm ỏnh sỏng c iu ch Trong thi kỡ ú s kộm phỏt trin v khoa hc k thut cựng vi s gii hn v ỏnh sỏng mt tri v nh hng ca thi tit nờn c mỏy ny cha c ỏnh giỏ cao cng nh cha chim c s quan tõm ỳng mc ca cng ng khoa hc lỳc by gi p dng hai phng trỡnh trờn vo tng hp cỏc phng trỡnh (3.6) vi phng trỡnh (2.29 ) hoc (2.40) hoc (2.43) v (3.10), ta s thu c kt qu l hm tng hp bin i tớn hiu cho ton h thng Trong khuụn kh lun s ch s dng mụ hỡnh log-normal cho bin i tớn hiu gõy bi nhiu lon khụng khớ, khụng xột n s bin i ca tớn hiu gõy bi suy hao khớ quyn v li lch hng thu phỏt vy ta cú hm mt xỏc sut ca X c cho nh sau: f X ( X ) = f Xa ( X a ) = X as I ổ [ln( X ) + 0.5s ]2 a I ữ exp ỗ ỗ ữ s 2p I ố ứ (3.14) 3.4 ỏnh giỏ hot ng ca h thng FSO/SC-QAM Kờnh truyn nhiu loi khụng khớ cú th c mụ hỡnh ging nh mt kờnh Fading chm (slow-fading) T l li ký t trung bỡnh (ASER) ca h thng FSO s dng iu ch QAM c tớnh theo cụng thc sau õy: Ơ PSE =ũ Pe (g ).fg (g )dg (3.15) Trong phng trỡnh trờn : - P e( g ) l hm xỏc sut li cú iu kin ca t s tớn hiu trờn õm (SNR) tc thi ti phớa mỏy thu - f g ( g ) l hm mt xỏc sut ca t s tớn hiu trờn õm tc thi ti phớa mỏy thu Vi h thng FSO/SC-QAM thỡ hm xỏc sut li cú iu kin c tớnh nh sau: ( ) Pe (g ) = - [1 - 2q ( M1) Q( AI g )][1 - 2q M Q Q( AQ g )] 56 (3.16) Trong phng trỡnh trờn, MI v MQ ln lt l biờn tớn hiu cựng pha v biờn tớn hiu cu phng, hm q(x)= 1-x-1 v hm Q( x) Ơ - t2 exp( ) dt l ũ 2p x hm Gauss Q(.) c nh ngha bi hm erfc(.) bi: x Q( x) = erfc( ) 2 (3.17) Cỏc thụng s cũn li c cho nh sau: ổ ử1/2 ỗ ữ AI = ỗ ữ ỗ [(M I2 - 1) + r ( M Q2 - 1)] ữ ố ứ ổ ử1/2 r ữ AQ = ỗỗ ỗ [(M I2 - 1) + r ( M Q2 - 1)] ữ ữ ố ứ (3.18) Trong ú: r = d Q/d I l t l khong cỏch c quyt nh bi tớn hiu cu phng trờn ng pha Phng trỡnh (3.23) cú th c rỳt gn thnh: Pe (g ) = 2q(M I )Q( AI g ) + 2q(M q )Q( Aq g ) - 4q(M I )q(M q )Q( AI g )Q( AQ g ) (3.19) Thay phng trỡnh (3.26) vo phng trỡnh (3.22) ta c: Ơ Ơ Pse = 2q( M I )ũ Q( AI g ) fg (g )dg + 2q( M q )ũ Q( Aq g ) fg (g )dg 0 Ơ - 4q( M I ) q( M q )ũ Q( AI g )Q( AQ g ) fg (g ) dg (3.20) tớnh c t l li ký t, trc tiờn ta phi tỡm hm mt xỏc sut ca t s tớn hiu trờn õm tc thi phớa mỏy thu T phng trỡnh (3.6) v phng trỡnh (3.14) kt hp s dng cụng thc liờn h gia cỏc hm mt xỏc sut: f x ( x) = x f x ( x) ta thu c hm mt xỏc sut ca t s tớn hiu trờn õm 57 tc thi cho kờnh FSO iu kin nhiu lon yu v khụng xột n li lch hng thu phỏt nh sau: ổ g ỗ [ln( ) +s I2 ]2 ữ g ỗ ữ f g (g ) = exp ỗ ữ 8s I 2gs I 2p ỗ ữ ỗ ữ ố ứ (3.21) cú th tớnh c phng trỡnh (3.25) trờn, trc tiờn ta phi s dng cụng thc sp x ca hm Gauss Q(x) nh cụng thc (3.27): x Q( x) = erfc( ) 2 Trong ni dung ca bi lun cú liờn quan ti phõn tớch hiu sut ca h thng FSO thụng qua xỏc sut li kớ t trung bỡnh l mt h qu ca s kt hp vi hm Gauss Q(x) Do ú s a vo ỏp dng cụng thc tớnh giỏ tr hm Q(x) theo gii hn trờn QUB(x) v theo gii hn di QL B(x) l cỏc cụng thc ó c chng minh ln lt cụng thc s (13) v cụng thc (17) ti liu tham kho s [9] v [10] Vi QUB(x) v QLB(x) c tớnh nh sau: QUB ( x) = QLB ( x) = ổ x2 1 ữexp ỗỗ exp - x exp - x ữ 2p x 2 p x p x ố ứ ( ) ( ) (3.27) ổ 37 x ổ 38 ổ 14 x exp ỗỗ x ữ exp ỗỗ x ữ x exp ỗỗ x ữ ữ+ ữ+ ữ (3.28) 2p ố 54 ứ 2p ố 27 ứ p ố ứ Cỏc cụng thc (3.27) v (3.28) c a gúp phn ỏnh giỏ hiu sut li ca k thut truyn thụng s qua kờnh Fading Cụng thc l cỏc gii hn trờn v gii hn di ca hm Gauss Q(x), l tng hoc hiu ca cỏc hm s m v thnh phn c/x hoc cx ( c l hng s) Vi cỏc thnh phn cụng thc tng lờn so vi cụng thc Q(x) ban u (3.22) , v ú, cú th c s dng tớnh xp x Q(x) mt cỏch chớnh xỏc hn Cỏc phng trỡnh thu c ta tớnh kt qu v v bng Matlab 58 3.5 Phõn tớch cỏc kt qu thu c S dng nhng cụng thc ó c a trờn, chỳng ta s dng Matlab tớnh toỏn t l li ký t cho nhng trng hp khỏc Quỏ trỡnh tớnh toỏn v phõn tớch c thc hin di nhiu iu kin hot ng khỏc thụng qua vic thay i khong cỏch ng truyn, mnh yu ca thụng s cu trỳc khỳc x, v cỏc mc iu ch c s dng nhm ỏnh giỏ cht lng ca h thng v a s la chn phng phỏp iu ch ti u Cỏc thụng s c nh ca h thng c chn tiờu biu nh sau: Bng 3.1: Cỏc thụng s ca mt h thng FSO/SC-QAM tiờu biu Parameter Symbol Value Bc súng Laser 1550 nm H s chuyn i quang in ng kớnh khu thu D 0.08 m H s iu ch Biờn tớn hiu ng pha v tớn hiu cu phng 59 (MI,MQ) (4,4); (8,4); (8,8) ASER voi su thay doi ung voi cac cong thuc Q(x) exact Q(x) Qub Qlb Average symbol error rate (ASER) 10 10 -1 10 -2 10 Average SNR (dB) 10 ASER voi su thay doi ung voi cac cong thuc Q(x) 10 exact Q(x) Qub Qlb Average symbol error rate (ASER) -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 10 12 14 16 18 20 22 Average SNR (dB) 24 26 28 30 Hỡnh 3.6: H thng FSO theo cỏc hm Q(x) ti mc SNR nh(0-10dB) V mc Average SNR ln (10-30dB) 60 Hỡnh 3.6 ỏnh giỏ t l li kớ t trung bỡnh ASER ca h thng FSO theo t s tớn hiu trờn nhiu SNR vi L=2000m, Cn2 =10 -15 m-2/3 vi cỏc cụng thc tớnh hm Q(x), cụng thc tớnh xp x cn theo cn trờn Q UB(x), v cn di QLB(x) Cú th thy rng ng c tuyn theo cụng thc trờn l tng t Trong vựng SNR nh, giỏ tr ca ASER s nm gia khong cn trờn (QUB(x)) v cn di ca Q(x) (QLB(x)) Trong vựng SNR ln ti giỏ tr ASER=10 -4 ,Giỏ tr ca SNR tớnh theo hm Q(x) v QUB(x) l xp x bng v ln hn QL B(x) 1dB T ú cú th tớnh ASER theo cụng thc tớnh xp x QUB(x) v QLB(x) Ngoi Hỡnh 3.6 ỏnh giỏ cht lng ASER ca h thng FSO/SC-QAM ti khong cỏch 2km iu kin nhiu lon khụng khớ yu Cú th thy rng h thng t t t l li ký t trung bỡnh ASER nh hn 10 -3 thỡ yờu cu t l tớn hiu trờn õm trung bỡnh phi t trờn 23dB Hỡnh 3.7 ỏnh giỏ t l li kớ t trung bỡnh ASER theo t s tớn hiu trờn nhiu SNR ng vi cỏc thụng s c nh nh: ng kớnh khu thu D= 0.08 m, bc súng = 1500 nm, thụng s cu trỳc khỳc x Cn2 =10 -15 m-2/3 ,s dng iu ch 32QAM, thụng qua s bin i ca khong cỏch truyn dn, L=1000 m, 2000m, 3000m v 5000m vi cỏc cụng thc tớnh xp s ca hm Q(x) 61 Hỡnh 3.7: ỏnh giỏ ASER theo s thay i ca L 62 Cú th d dng nhn thy cht lng ca h thng ph thuc khong cỏch truyn dn Ch s tớn hiu trờn nhiu trung bỡnh SNR yờu cu cú th t c t lờn ASER = 10 -5 ti L=1000m v L=3000m ln lt xp x l 23(dB) v 25(dB) iu ny cú ngha l tng khong cỏch truyn dn m gi c t lờn ASER thỡ cn phi tng cụng sut phỏt lờn Hỡnh 3.8: Tỏc ng ca Cn2 lờn h thng FSO Hỡnh 3.8 th hin tỏc ng ca thụng s cu trỳc khỳc x Cn2 lờn t l li ca h thng vi cỏc giỏ tr thay i ln lt l 10 -15 m-2/3 , 9.10 -15 m-2/3 v 3.10 -14 m-2/3 Khi tng thụng s Cn2 ng ngha vi s nhiu lon khụng khớ tng lờn vi s gúp mt ca cỏc hỡnh thỏi nh sng mự,khúithỡ t l li ca h thng tng rt cao Xột khong cỏch truyn dn ln lt l L=2000 m v L=4000 m Cú th nhn thy rng cht lng ca h thng ph thuc rt ln vo khong cỏch truyn 63 dn Vi khong cỏch truyn dn L=2000m ASER gim t 7.10 -2 cho iu kin hn lon trung bỡnh xung 1.10 -5 cho iu kin hn lon yu ti giỏ tr SNR trung bỡnh =25dB Khi khong cỏch truyn dn tng lờn thỡ st gim ca ASER cng yu i.vớ d L=4000m ASER gim t 5.10 -1 (trung bỡnh) xung 10 -3 (yu) ti 25dB Nguyờn nhõn l cng bin ng khụng khớ tr nờn mnh hn khong cỏch truyn dn tng ú dn n lm tng t l li ca h thng 64 Hỡnh 3.9: ỏnh giỏ ASER vi cỏc phng thc iu ch khỏc Hỡnh 3.9 ỏnh giỏ thụng s ASER ca h thng FSO/SC-QAM thụng qua thụng s SNR vi cỏc phng phỏp iu ch SC-QAM khỏc ln lt t 16-64 Vi cỏc thụng s: khong cỏch L=2000 m, Cn2 = 10 -15 m-2/3 Ta thy ti cựng mt giỏ tr SNR nht nh S mc iu ch cng cao, t l li kớ t cng ln m bo t l li kớ t mt giỏ tr nht nh, thỡ iu ch SC-QAM cú mc iu ch cng ln yờu cu cụng sut phỏt cng ln iu ú phự hp vi lý thuyt iu ch QAM Ngoi Hỡnh 3.9 cũn cho thy rng k thut iu ch trờn k thut iu ch 16-QAM yờu cu cụng sut phỏt l nh nht, v 64-QAM l ln nht Tuy nhiờn tc x lý d liu ca 16-QAM nh hn rt nhiu so vi 64-QAM Ngy cú th lờn n 1024-QAM Nhng s mc iu ch cng ln thỡ t l li kớ t, hay nhiu liờn kớ t cng ln Nh vy tựy tng ng dng c th a k thut iu ch phự hp l s cõn nhc gia tc x lý d liu, t l li,v cụng sut phỏt ca h thng 65 Hỡnh 3.10: So sỏnh cụng ngh SISO/FSO vi MIMO/FSO Cú rt nhiu cỏch lm tng hiu sut ca h thng FSO nh: tng ng kớnh vũng trũn khu , hay gim khong cỏch truyn dn.Tuy nhiờn cú cỏch m khụng cn tng ng kớnh khu , gi c khong cỏch ng truyn ln nhng cú th lm gim t l li v gim cụng sut phỏt ú l kt hp cụng ngh MIMO.Mụ hỡnh h thng MIMO/FSO ó c a nghiờn cu ti liu tham kho [] Chỳng ta xem xột n MIMO 2ì2 v 4x4 cho h thng FSO s dng iu ch SC-QAM iu kin nhiu lon yu vi 10 -15 (m-2/3 ) Nh cú th thy rừ rng rng, hiu sut ca h thng c ci thin mt cỏch ỏng k vi tng s lng b phỏt v b thu, kt qu l cú th lm gim ch s SNR cn thit cho mt giỏ tr ASER nht nh C th hn, li cụng sut thi cu hỡnh h thng MIMO/FSO thay i t SISO ti MIMO 2ì2 hay MIMO 4ì4 l khong 5dB ti giỏ tr ASER=10 -5 66 KT LUN H thng thụng tin quang khụng dõy kt hp k thut iu ch cng súng mang QAM (FSO/SC-QAM) l h thng h thng thụng tin s dng phng thc truyn súng ỏnh sỏng qua khụng gian t (FSO) kt ni gia cỏc thit b phỏt v thu Trong nhng nm gn õy, cỏc h thng FSO/SC-QAM ó v ang thu hỳt c nhiu quan tõm nghiờn cu cỏc u im m c cụng ngh FSO v iu ch QAM em li Tuy nhiờn, bờn cnh nhng u im, h thng FSO/SC-QAM cng gp phi nhng thỏch thc cn phi vt qua ú l nh hng mnh ca õm, nhiu v cỏc yu t tỏc ng ca mụi trng truyn lan khụng gian nh ma, sng mự, khúi, bi, tuyt v c bit l s nhiu lon khụng khớ Nhng yu t nờu trờn lm suy gim mnh m hiu nng ca cỏc h thng FSO/SC-QAM Trong phm vi ca lun vn, lun trung trỡnh by cỏc c im chớnh sau: - Trỡnh by tng quan cụng ngh truyn thụng quang khụng dõy - Kờnh Truyn v mụ hỡnh kờnh nhiu lon khụng khớ - Nghiờn cu v ng dng k thut iu ch SC-QAM FSO úng gúp chớnh c a lun l a mụ hỡnh h thng FSO/SC-QAM v phng thc phõn tớch hiu nng ca h thng FSO/SC-QAM theo cỏc tham s di nh hng ca cỏc loi nhiu, õm v s nhiu lon khụng khớ Ngoi cũn a vo ỏp dng cỏc cụng thc tớnh giỏ tr hm Gaussian Q(x) theo cỏc giỏ tr cn trờn QUB(x) v QLB(x) giỳp a cỏch nhỡn chớnh xỏc, cht ch hn phõn tớch ỏnh giỏ h thng 67 KIN NGH CC HNG NGHIấN CU TIP THEO Trờn c s kt qu kho sỏt v ỏnh giỏ hiu nng, lun xut phng thc ci thin hiu nng ca h thng FSO/SC-QAM nh sau: xut s dng cỏc phng thc tớnh giỏ tr hm Gausian Q(x) mi cho vic tớnh toỏn t l li kớ t trung bỡnh nhm ỏnh giỏ hiu nng h thng FSO/SC-QAM xut s dng kt hp phng phỏp MIMO nhm ci thin hiu nng h thng FSO/SC-QAM xut s dng cỏc phng thc x lý tớn hiu, k thut iu ch, tỏch tớnh hiu, phõn tp, mó húa nhm hn ch cỏc nh hng ca cỏc loi nhiu v nhiu lon khụng khớ t ú giỳp ci thin hiu nng h thng 68 TI LIU THAM KHO [1] Bach T Vu, Ngoc T Dang, Truong C Thang, and Anh T Pham, Bit Error Rate Analysis of Rectangular QAM/FSO Systems Using an APD Receiver Over Atmospheric Turbulence Channels, VOL 5, NO 5/MAY 2013/J OPT COMMUN NETW [2] Bobby Barua, Tanzia Afrin Haque and Md Rezwan Islam, Error probability analysis of free-space optical links with different channel model under turbulent condition, International Journal of Computer Science & Information Technology (IJCSIT) Vol 4, No 1, Feb 2012 [3] Ha Duyen Trung, Ngo Van Dinh, and Do Trong Tuan, Average Symbol Error Rate of Free-Space Optical Communications Using SC-QAM Over strong Atmospheric Turbulence and Pointing Errors [4] Ha D Trung, Dinh V Ngo, Hung T Pham, Dung V Hoang, Performance of FSO Systems Employing SC-QAM Over Atmospheric Turbulence Channels and Pointing Errors IEEE Trans Commun, Nov.2013 [5] Ha Duyen Trung and Do Trong Tuan, Performance of Free-Space Optical Communications Using SC-QAM Signals Over Strong Atmospheric Turbulence and Pointing Errors [6] Ha D Trung, Anh T PHAM, Performance analysis of MIMO/FSO system using SC-QAM signaling over atmospheric turbulence channels. IEICE TRANS.FUNDAMENTALS, VOL.E97-A, NO.1 JANUARY 2014 [7] Hennes HENNIGER, Otakar WILFERT, An Introduction to Free-space Optical Communications, RADIOENGINEERING, VOL 19, NO 2, JUNE 2010 [8] Harjeevan Singh,Rajan Miglani, Performance Analysis of Terrestrial Free Space Optical (FSO) Communication Link Using M-QAM Modulation 69 Technique, International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 [9] Hua Fu, Ming-Wei Wu and Pooi-Yuen Kam, Explicit, Closed-Form Performance Analysis in Fading via New Bound on Gaussian Q-function, IEEE ICC 2013 - Wireless Communications Symposium [10] Hua Fu, Ming-Wei Wu and Pooi-Yuen Kam, Lower Bound on Averages of the Product of L Gaussian Q-Functions over Nakagami-m Fading, June 2013 [11] Kostas P Peppas and Christos K Datsikas, Average symbol error probability of General Order Rectangular Quadrature Amplitude Modulation of Optical wireless communication system over atmospheric turberlence channels , J OPT COMMUN NETW./VOL 2, NO 2/FEBRUARY 2010 [12] Md Zoheb Hassan, Xuegui Song, and Julian Cheng, Subcarrier Intensity Modulated Wireless Optical Communications with Rectangular QAM, J Opt Commun Netw., Vol 4, Issue 6, pp 522-532, Jun 2012 [13] Trung HA DUYEN and Anh T.PHAM, Performance analysis of MIMO/FSO system using SC-QAM signaling over Atmospheric turberlence channel, IEICE Trans.Fundamentals, vol.E97-A, Jun.2014 [14] Varanasi Sri Lalitha Devi(1), Subba Srujana Sree(2) , Sistu Rajani(3), Varanasi Bharathi Sesha sai (4), Effects of weak atmospheric turbulence on FSO link Systems and its reducing technique, International Journal of Advancements in Research & Technology, Volume 2, Issue 11, November-2013 [15] X Zhu and J M Kahn, Free-space optical communication through atmospheric turbulence channels, IEEE Trans Commun., vol.50, no.8, pp.12931300, Aug 2002 70 ...CHƢƠNG III NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ CẦU PHƢƠNG SÓNG MANG ( SC-QAM) TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN QUANG (FSO) 43 3.1 Giới thiệu kỹ thuật điều chế FSO ... quan thông tin vô tuyến quang – FSO Chương II: Kênh truyền mô hình kênh nhiễu loạn không khí Chương III: Nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật điều chế biên độ cầu phương sóng mang (QAM) thông tin vô tuyến. .. truyền thông qua khối điều chế giao thoa đối xứng MachZehnder để điều chế liệu vào xạ quang mang tin Việc sử dụng điều chế cung c ấp tốc độ liệu lớn phương pháp điều chế trực tiếp Tuy nhiên điều chế