Đánh giá hiệu năng hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng điều chế SC QAM dưới ảnh hưởng của lỗi lệch tia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI DƢƠNG HỮU ÁI ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO CHUYỂN TIẾP SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ SC-QAM DƢỚI ẢNH HƢỞNG CỦA LỖI LỆCH TIA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI DƢƠNG HỮU ÁI ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO CHUYỂN TIẾP SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ SC-QAM DƢỚI ẢNH HƢỞNG CỦA LỖI LỆCH TIA Ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 9520208 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HÀ DUYÊN TRUNG PGS.TS ĐỖ TRỌNG TUẤN Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án thành nghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu sinh chưa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt luận án xác trung thực, tất kế thừa tác giả khác trích dẫn Hà Nội, ngày 02 tháng 07 năm 2018 XÁC NHẬN CỦA TẬP THỂ HƯỚNG DẪN GV Hướng dẫn GV Hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS Hà Duyên Trung PGS.TS Đỗ Trọng Tuấn Dương Hữu Ái LỜI CẢM ƠN Trước hết xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Hà Duyên Trung PGS TS Đỗ Trọng Tuấn tạo điều kiện thuận lợi, định hướng, động viên kịp thời suốt thời gian tác giả thực luận án, đồng thời hỗ trợ tơi nhiều mặt để tơi hồn thành luận án Qua bày tỏ lịng biết ơn đến Viện Điện tử - Viễn thơng Viện Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn thầy cô, anh chị, bạn đồng nghiệp hỗ trợ nghiên cứu học thuật công tác chuyên môn Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn yêu thương đến thành viên gia đình, động viên, giúp đỡ họ động lực mạnh mẽ giúp vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 07 năm 2018 Tác giả luận án Dương Hữu Ái MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN xii MỞ ĐẦU xv Bối cảnh nghiên cứu xv Những vấn đề tồn xix Mục tiêu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu xx Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án xxi Phƣơng pháp nghiên cứu xxi Đóng góp khoa học luận án xxi Bố cục luận án xxii CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG FSO 1.1 Giới thiệu chƣơng 1.2 Mơ hình hệ thống FSO 1.2.1 Máy phát 1.2.2 Kênh truyền dẫn khí 1.2.3 Máy thu 1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng lên hiệu hệ thống FSO 1.4 Mơ hình kênh truyền 1.4.1 Giới thiệu nhiễu loạn khơng khí 1.4.2 Tham số cấu trúc số khúc xạ .9 1.4.3 Mơ Hình nhiễu loạn Log-Normal 13 1.4.4 Mơ hình nhiễu loạn Gamma-Gamma 17 1.4.5 Mơ hình pha-đinh lệch tia 19 1.5 Kỹ thuật MIMO điều chế FSO 22 1.5.1 Giới thiệu điều chế FSO 22 i 1.5.2 Điều chế biên độ cầu phương 23 1.5.3 Kỹ thuật phân tập MIMO 24 1.6 Các thông số đánh giá hiệu hệ thống 26 1.6.1 Tỷ lệ lỗi ký tự trung bình .26 1.6.1.1 Hệ thống SISO/FSO 26 1.6.1.2 Hệ thống MIMO/FSO 26 1.6.2 Dung lượng trung bình 27 1.6.2.1 Hệ thống SISO/FSO 27 1.6.2.2 Hệ thống MIMO/FSO 27 1.7 Kết luận chƣơng 28 CHƢƠNG 29 ẢNH HƢỞNG CỦA LỖI LỆCH TIA LÊN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO CHUYỂN TIẾP SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ SC-QAM 29 2.1 Giới thiệu chƣơng 29 2.2 Hệ thống FSO điểm-điểm sử dụng chuyển tiếp 30 2.3 Mô hình trạng thái kênh truyền 32 2.3.1 Suy hao đường truyền 32 2.3.2 Nhiễu loạn khí .33 2.3.2.1 Mơ hình nhiễu loạn Log-Normal 34 2.3.2.2 Mô hình nhiễu loạn Gamma-Gamma 36 2.3.3 Lỗi lệch tia .37 2.4 Tổng hợp biến đổi tín hiệu cho tồn hệ thống 38 2.4.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí .38 2.4.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia 39 2.4.2.1 Nhiễu loạn khí yếu 39 2.4.2.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 40 2.5 Tỷ lệ lỗi ký tự trung bình 42 2.6 Kết khảo sát hiệu hệ thống FSO với tham số ASER 43 ii 2.6.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí .43 2.6.1.1 Nhiễu loạn khí yếu 44 2.6.1.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 45 2.6.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia 47 2.6.2.1 Nhiễu loạn khí yếu 47 2.6.2.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 51 2.7 Dung lƣợng kênh trung bình 54 2.7.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí .54 2.7.1.1 Nhiễu loạn khí yếu 54 2.7.1.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 55 2.7.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia 56 2.7.2.1 Nhiễu loạn khí yếu 56 2.7.2.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 57 2.7.3 Kết khảo sát hiệu hệ thống FSO với tham số ACC 58 2.7.3.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí 58 2.7.3.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia 61 2.8 Kết luận chƣơng 63 CHƢƠNG 65 GIẢM ẢNH HƢỞNG CỦA LỖI LỆCH TIA LÊN HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG FSO CHUYỂN TIẾP SỬ DỤNG KỸ THUẬT MIMO 65 3.1 Giới thiệu chƣơng 65 3.2 Hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật MIMO 66 3.3 Mơ hình trạng thái kênh truyền 67 3.4 Tổng hợp biến đổi tín hiệu cho tồn hệ thống 69 3.4.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí .69 3.4.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia 70 3.4.2.1 Nhiễu loạn khí yếu 70 3.4.2.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình điến mạnh 71 iii 3.5 Tỷ lệ lỗi ký tự trung bình 71 3.6 Kết khảo sát hiệu hệ thống FSO với tham số ASER 72 3.6.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí 73 3.6.1.1 Nhiễu loạn khí yếu 73 3.6.1.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 74 3.6.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia .76 3.6.2.1 Nhiễu loạn khí yếu 76 3.6.2.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 80 3.7 Dung lƣợng kênh trung bình 83 3.7.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí .83 3.7.1.1 Nhiễu loạn khí yếu 83 3.7.1.1 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 84 3.7.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia 85 3.7.2.1 Nhiễu loạn khí yếu 85 3.7.2.2 Nhiễu loạn khí từ trung bình đến mạnh 85 3.7.3 Kết khảo sát hiệu hệ thống FSO với tham số ACC 86 3.7.3.1 Hệ thống chịu ảnh hưởng nhiễu loạn khí 86 3.7.3.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia 90 3.8 Kết luận chƣơng 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 103 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Thuật ngữ tiếng anh Nghĩa tiếng việt ACC Average Channel Capacity Dung lượng kênh trung bình AF Amplify-and-Forward Khuếch đại chuyển tiếp APD Avalanche Photodiode Đi-ốt quang thác lũ ASE Average Spectral Efficiency Hiệu suất phổ trung bình ASER Average Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi ký tự trung bình ASK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên độ AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít CEP Conditional Error Probability Xác suất lỗi có điều kiện DF Decode-and-Forward Giải mã chuyển tiếp DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số EGC Equal Gain Combining Bộ tổ hợp với độ lợi FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng FSO Free-Space Optics Truyền thông quang không gian tự G-G Gamma-Gamma Phân bố Gamma-Gamma HV-Day Hufnagel-Valley Day Model Mơ hình HV-Day HV-Night Hufnagel-Valley Night Model Mơ hình HV-Night IM/DD Intensity Modulation with Direct Detection Điều chế cường độ tách sóng trực tiếp IM Intensity Modulation Điều chế cường độ IR Infrared Radiation Bức xạ hồng ngoại L-N Log-Normal Phân bố Log-Normal LED Light Emitting Diode Đi-ốt phát quang LOS Line-Of-Sight Tầm nhìn thẳng v MIMO Multipe-Input Multipe-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu MRC Maximal Ratio Combining Bộ tổ hợp với tỷ số tối đa OOK On-Off Keying Điều chế khóa đóng-mở OWC Optical Wireless Communications Truyền thông quang không dây PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất PD Photodiode Diode tách quang PPM Pulse-Position Modulation Điều chế vị trí xung PSK Phase-shift Keying Điều chế khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương RV Random Variable Biến ngẫu nhiên RF Radio Frequency Tần số vô tuyến Scanning and Selection Bộ tổ hợp theo kiểu quét lựa Combining chọn SC-PPM Subcarrier – Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung sóng mang SC-PSK Subcarrier – Phase-shift Keying Điều chế khóa dịch pha song mang SC SC-QAM Subcarrier – Quadrature Điều chế biên độ cầu phương sóng mang Amplitude Modulation SIM Subcarrier Intensity Modulation Điều chế cường độ sóng mang SISO Single-Input Single-Output Một đầu vào đầu SLC-Day Submarine Laser Communication Day Model Mô hình SCL-Day SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu VLC Visible Light Communication Truyền thơng ánh sáng nhìn thấy vi Ta thấy ứng với trạm chuyển tiếp xác định, giá trị ASE tăng đáng kể tăng cấu hình MIMO, xét trường hợp Hình 3.21, giá trị SNR  30 dB tăng cấu hình hệ thống từ 2×2 lên 4×4 với điều kiện nhiễu loạn 15 2/3 yếu Cn  10 m , ASE tăng từ (b/s/Hz) lên (b/s/Hz) Sự tác động điều kiện nhiễu loạn lên ASE đáng kể khoảng cách kênh truyền tăng lên, thay đổi thể rõ thay đổi gần tuyến tính vùng giá trị bé SNR, vùng giá trị SNR lớn giá trị ASE thay đổi thay đổi cấu hình hệ thống MIMO, điều kiện nhiễu loạn khí số trạm chuyển tiếp hệ thống C2n = 10-14 m-2/3 C2n = 10-15 m-2/3 C2n = 10-15 m-2/3 4x4 MIMO ASE (b/s/Hz) 2x2 MIMO SISO L = 2000 m,  = 1500 nm 0 c Hình 3.23 ASE biến đổi theo số trạm lặp kênh truyền SISO, 2×2 4×4 với nhiễu loạn khí từ yếu đến mạnh, khoảng cách kênh truyền L = 2000 m Hình 3.23 Hình 3.24 mơ tả biến đổi dung lượng kênh theo số trạm chuyển tiếp c với cấu hình SISO, 2×2MIMO 4×4MIMO hệ thống, khoảng cách kênh truyền xét hai trường hợp L  2000 m (Hình 3.23) L  4000 m (Hình 3.24) điều kiện nhiễu loạn khí từ yếu đến mạnh Kết thể rõ ràng giá trị ASE giảm tăng số trạm chuyển tiếp, phụ thuộc ASE vào nhiễu loạn khí quyển, cấu hình MIMO, khoảng cách kênh truyền tương tự xét trường hợp 89 C2n = 10-14 m-2/3 C2n = 10-15 m-2/3 C2n = 10-15 m-2/3 4x4 MIMO ASE (b/s/Hz) 2x2 MIMO SISO L = 4000 m,  = 1500 nm 0 c Hình 3.24 ASE biến đổi theo số trạm lặp kênh truyền SISO, 2×2 4×4 với nhiễu loạn khí từ yếu đến mạnh, khoảng cách kênh truyền L = 4000 m 3.7.3.2 Hệ thống chịu ảnh hưởng lỗi lệch tia Sử dụng công thức dung lượng kênh trung bình trường hợp L-N (3.21) trường hợp G-G (3.24) để đánh giá hiệu hệ thống 10 4x4 MIMO 2x2 MIMO ASE (b/s/Hz) SISO s = 0,2 m  = 0,15 m s  = 0,1 m s 0 10 20 30 40 50 60 SNR (dB) Hình 3.25 ASE biến đổi theo SNR với nhiễu loạn yếu khí quyển, khoảng cách kênh truyền L = 4000 m, c = 90 4x4 MIMO 2x2 MIMO ASE (b/s/Hz) SISO s = 0,2 m  = 0,15 m s  = 0,1 m s 0 10 20 30 40 50 60 SNR (dB) Hình 3.26 ASE biến đổi theo SNR với nhiễu loạn yếu khí quyển, khoảng cách kênh truyền L = 4000 m, c = 4x4 MIMO 3.5 2x2 MIMO ASE (b/s/Hz) 2.5 1.5 s = 0,2 m SISO  = 0,15 m 0.5 s s = 0,1 m 0 10 20 30 40 50 60 SNR (dB) Hình 3.27 ASE biến đổi theo SNR với nhiễu loạn yếu khí quyển, khoảng cách kênh truyền L = 4000 m, c = 2 Các kết phân tích tính tốn với ba giá trị khác Cn , khoảng cách kênh truyền L = 4000 m, giá trị khác biến lệch tia  s số trạm chuyển tiếp c Hình 3.25, Hình 3.26 Hình 3.27 mơ tả biến đổi ASE theo 91 SNR hệ thống điều kiện nhiễu loạn yếu khí Các kết khảo sát đánh giá qua phân tập SISO, 2×2 4×4 giá trị biến lệch tia  s  0,1, 0,15, 0,2 trường hợp c  (Hình 3.25), c  (Hình 3.26) c  (Hình 3.27) Kết thể dung lượng kênh trung bình hệ thống thay đổi lớn vào số lượng máy thu phát, lỗi lệch tia số trạm chuyển tiếp miền giá trị lớn SNR, miền giá trị bé thay đổi không đáng kể Trong miền giá trị lớn SNR, ASE tăng mạnh tăng cấu hình phân tập hệ thống giảm tăng số trạm chuyển tiếp giá trị biến lệch tia  s 3.8 Kết luận chƣơng Nội dung Chương trình bày đóng góp nghiên cứu sinh việc đề xuất mơ hình giải pháp cải thiện hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật MIMO điều chế SC-QAM Các công thức hiệu hệ thống tính tốn dựa mơ hình giải tích hệ thống điều kiện nhiễu loạn khác khí Kết khảo sát hiệu thể qua hai tham số hiệu tỷ lệ lỗi ký tự trung bình dung lượng kênh trung bình, tham số đánh giá qua tham số kênh truyền hệ thống, đặc biệt tham số lỗi lệch tia, số trạm chuyển tiếp kỹ thuật MIMO Kết khảo sát hiệu cho thấy rằng, kỹ thuật chuyển tiếp kết hợp với kỹ thuật MIMO giúp cải thiện đáng kể hiệu cự ly truyền dẫn hệ thống Với hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật MIMO giảm thiểu ảnh hưởng lỗi lệch tia nhiễu loạn khí lên hiệu hệ thống Việc thiết lập tham số đường truyền hệ thống FSO chuyển tiếp kết hợp với kỹ thuật MIMO giải pháp hữu ích nhằm giảm ảnh hưởng lỗi lệch tia, mở rộng khoảng cách đường truyền 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nội dung luận án đạt mục tiêu đề nghiên cứu đề xuất giải pháp đánh giá cải thiện hiệu hệ thống truyền thông quang không dây FSO Với kết đạt được, bố cục luận án trình bày ba chương sau: Chương trình bày tổng quan hệ thống FSO; Chương trình bày ảnh hưởng lỗi lệch tia lên hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng điều chế SC-QAM; Chương trình bày giảm ảnh hưởng lỗi lệch tia lên hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật MIMO Các kết đóng góp luận án chia thành hai nhóm lớn Đóng góp khoa học luận án: Đóng góp 1: Xây dựng mơ hình giải tích đánh giá hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng điều chế SC-QAM dƣới ảnh hƣởng lỗi lệch tia Với hệ thống thông tin quang không dây FSO, môi trường truyền dẫn thay đổi ngẫu nhiên phụ thuộc nhiều vào điệu kiện thời tiết Vì vậy, xây dựng mơ hình giải tích kênh truyền dẫn khí đóng vai trò quan trọng việc nghiên cứu khảo sát đánh giá hiệu hệ thống FSO Mức độ xác kết đánh giá hiệu phụ thuộc vào số lượng tham số ảnh hưởng kênh truyền mà mơ hình phản ánh Trong luận án, nghiên cứu sinh đề xuất xây dựng mơ hình giải tích đánh giá hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng điều chế SC-QAM Kết khảo sát hiệu thể qua hai tham số hiệu tỷ lệ lỗi ký tự trung bình dung lượng kênh trung bình, tham số đánh giá qua tham số kênh truyền hệ thống, đặc biệt tham số lỗi lệch tia số trạm chuyển tiếp Kết khảo sát hiệu cho thấy rằng, kỹ thuật chuyển tiếp giúp cải thiện đáng kể hiệu cự ly truyền dẫn hệ thống Với hệ thống FSO chuyển tiếp, việc thiết lập tham số thông thường, tham số hệ số khuếch đại trạm chuyển tiếp xác định để đạt cự ly truyền dẫn giá trị hiệu yêu cầu Đóng góp 2: Đề xuất sử dụng kỹ thuật MIMO nhằm làm giảm ảnh hƣởng lỗi lệch tia lên hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng điều chế SCQAM Luận án đề xuất mơ hình giải tích đánh giá hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật phân tập MIMO điều chế SC-QAM nhằm giảm ảnh hưởng lỗi lệch tia 93 Kết khảo sát hiệu cho thấy, kỹ thuật phân tập MIMO kỹ thuật hiệu việc giảm ảnh hưởng lỗi lệch tia nhiễu loạn khí quyển, thách thức kỹ thuật phân tập MIMO cấu trúc hệ thống trở nên phức tạp đòi hỏi khoảng cách đầu phát phải đủ lớn để đảm bảo tính tương quan thấp tuyến truyền dẫn Kỹ thuật chuyển tiếp kết hợp với phân tập MIMO giải pháp hữu ích nhằm giảm ảnh hưởng lỗi lệch tia nhiễu loạn khí quyển, điều đồng nghĩa với cự ly truyền dẫn hệ thống FSO cải thiện Kiến nghị nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng mơ hình kênh, đánh giá hiệu hệ thống FSO trường hợp tín hiệu quang truyền dẫn chuyển tiếp hai hướng nhằm tăng thông lượng hệ thống Đồng thời sử dụng phương thức điều chế sử dụng cho hệ thống thông tin Các mơ hình kênh xây dựng riêng lẻ cho kịch nhiễu loạn, hệ thống FSO không sử dụng trạm chuyển tiếp xây dựng mơ hình kênh cho tất kịch nhiễu loạn Vì vậy, xây dựng mơ hình kênh tổng quát cho trường hợp nhiễu loạn yếu, trung bình mạnh hệ thống FSO chuyển tiếp hướng nghiên cứu luận án 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ahmed A Farid, and Steve Hranilovic (2007), “Outage Capacity Optimization for Free-Space Optical Links with Pointing Errors,” Journal of Light-wave Technology, vol 25, Issue 7, pp 1702-1710 [2] Ahmed A Farid, and Steve Hranilovic (2012), “Diversity Gain and Outage Probability for MIMO Free-Space Optical Links with Misalignment,” Optics Express, IEEE Trans on Commun., vol 60, Issue 2, pp 479-487 [3] A.K Majumdar (2005), “Free-space laser communication performance in the atmospheric channel”, J Opt Fiber Commun Rep., Vol 2, No 4, pp 345396 [4] [5] [6] A Maaref and S Aissa (2009), “Exact error probability analysis of rectangular QAM for single and multichannel reception in Nakagami-m fading channels,” IEEE Trans Commun., vol 57, pp 214-221 Amine Laourine, Alex Stephenne, and Sofiene Affes (2007), “Estimating the Ergodic Capacity of Log-Normal Channels,” IEEE Communications Letters, vol 11, no 7, pp 568-670 Amine Laourine, Alex Stéphenne, and Sofiène Affes (2009), “On the Capacity of Log-Normal Fading Channels,” IEEE transactions on communications, vol 57, no 6, pp 1603-1607 Aniceto Belmonte and Joseph M Kahn (2009), “Capacity of coherent freespace optical links using diversity combining techniques,” Optics Express, vol 17, no 15 [8] Antonio Garca-Zambrana, Carmen Castillo-Vazquez, and Beatriz CastilloVazquez (2011), “Outage performance of MIMO FSO links over strong turbulence and misalignment fading channels,” J Opt Commun Netw., vol 19, Issue 14, pp 13480-13496 [9] A P Prudnikov et al (1990), “Integrals and Series Volume 3: More Special Functions,” [10] Arnon, S (2003), “Effects of atmospheric turbulence and building sway on [7] optical wireless communication systems,” Opt Lett vol 28, pp 129–131 [11] C Datsikas, K Peppas, N Sagias, and G Tombras (2010), “Serial FreeSpace Optical Relaying Communications Over Gamma-Gamma Atmospheric Turbulence Channels,” IEEE/OSA J of Optical Communications and Networking, vol 2, pp 576-586 95 [12] D.A Luong and T.A Pham (2014), “Average capacity of MIMO free-space optical gammagamma fading channel”, in Proc of IEEE International Conference on Communications (ICC 2014), Sydney, pp 3354-3358 [13] Deva K Borah, and David G Voelz (2009), “Pointing Error Effects on FreeSpace Optical Communication Links in the Presence of Atmospheric Turbulence,” J of Ligh Tech., vol 27, Issue 18, pp 3965-3973 [14] D Kedar, and S Arnon (2004), “Urban optical wireless communication networks: The main challenges and possible solutions”, IEEE Commun Mag., vol 42, no 5, pp 2-7 [15] D Sadot and N S Kopeika (1992), “Forecasting optical turbulence strength on the basis of macroscale meteorology and aerosols: models and validation”, Opt Eng., vol 31, no 31, pp 200–212 [16] D Takase, and T Ohtsuki (2004), “Optical wireless MIMO communications (OMIMO)”, IEEE Global Telecommunications Conference, Dallas, TX, USA, pp 928–932 [17] D Takase, and T Ohtsuki (2005), “Performance analysis of optical wireless MIMO with optical beat interference”, IEEE International Conference on Communications (ICC2005), Seoul, Korea, pp 954–958 [18] D Takase, and T Ohtsuki (2006), “Spatial multiplexing in optical wireless MIMO communications over indoor environment”, Trans of IEICE, E89-B, no 4, pp 1364– 1371 [19] D Takase, and T Ohtsuki (2007), “Optical wireless MIMO (OMIMO) with backward spatial filter (BSF) in diffuse channels”, IEEE International Conference on Communications (ICC2007), Glasgow, pp 2462–2467 [20] E Bayaki, R Schober, and R.K Mallik (2009), “Performance analysis of MIMO free-space optical systems in gamma-gamma fading”, IEEE Trans Commun., vol 57, no 11, pp 3415-3424 [21] E Jakeman and P Pusey (1978), “Significance of K distributions in scattering experiments,” Phys Rev Lett., vol 40, pp 546–550 [22] E.J Shin, and V.W.S Chan (2002) “Optical communication over the turbulent atmospheric channel using spatial diversity”, IEEE GLOBECOM, pp 2055-2060 [23] E Lee, Z Ghassemlooy, W P Ng, and M Uysal (2012), “Performance Analysis of Free Space Optical Links over Turbulence and Misalignment Induced Fading Channels”, 8th IET International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing, pp 1-6 96 [24] Ferkan Yilmaz, Oguz Kucur, and Mohamed-Slim Alouini (2010), “Exact Capacity Analysis of Multihop Transmission over Amplify-and-Forward Relay Fading Channels,” 21st Annual IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp 2293-2298 [25] F Yilmaz, O Kucur, and M.-S Alouini (2010), “Exact capacity analysis of multihop transmission over amplify-and-forward relay fading channels,”in Proc IEEE 21st Int Symp.Personal Indoor Mobile Radio Commun (PIMRC), Instanbul, Turkey, pp 2293–2298 [26] G Fletcher, T Hicks, and B Laurent (1991), “The SILEX optical interorbit link experiment,” J Electron Comm Eng., vol 3, no 6, pp 273–279 [27] Harilaos G Sandalidis, Theodoros A Tsiftsis, Member, and George K Karagiannidis, Senior, (2009), “Optical Wireless Communications With Hetero-dyne Detection Over Turbulence Channels With Pointing Errors,” journal of lightwave technology, vol 27, no 20 [28] Hanling Wu, Haixing Yan, Xinyang Li (2009), “Performance analysis of bit error rate for free space optical communication with tip-tilt compensation based on gamma–gamma distribution,” Optica Applicata, Vol XXXIX, no 3, pp 534-545 [29] H A Suraweera and J Armstrong (2007), “A simple and accurate approximation to the SEP of rectangular QAM in arbitrary Nakagami-m fading channels,” IEEE Commun Lett., vol 11, Issue 5, pp 426-428 [30] H D Trung, Bach T Vu and Anh T Pham (2013) “Performance of freespace optical MIMO systems using SC-QAM over atmospheric turbulencechannels,” in Proc of the IEEE International Conference on Communications (ICC‟13), pp 3846-3850 [31] H D Trung and T A Pham (2014) “Performance Analysis of MIMO/FSO Systems using SC-QAM over Atmospheric Turbulence Channels,” IEICE Trans on Fundamentals of Elec., Commun and Computer Sciences, vol 1, pp 49-56 [32] Hector E Nistazakis, Evangelia A Karagianni, Andreas D Tsigopoulos, Michael E Fafalios, and George S Tombras (2009), “Average Capacity of Optical Wireless Communication Systems Over Atmospheric Turbulence Channels,” Journal of lightwave technology, vol 27, no 8, pp 974-979 [33] Hien T.T Pham, Phuc V Trinh, Ngoc T Dang, Anh T Pham (2015), “Secured relay-assisted atmospheric optical code-division multiple-access 97 systems over turbulence channels,” IET Optoelectronics, Special Issue on Optical Wireless Communications, Vol 9, Iss 5, pp 241-248 [34] Hien T T Pham and Ngoc T Dang (2017), "Performance Improvement of Spatial Modulation-Assisted FSO Systems over Gamma-Gamma Fading Channels with Geometric Spreading," Photonic Network Communications DOI: 10.1007/s11107-017-0685-0 [35] H Samimi and P Azmi (2010), “Subcarrier Intensity Modulated Free-space Optical Communications in K-distributed Turbulence Channels,” J Opt Commun Netw., vol 2, Issue 8, pp 625-632 [36] I E Lee, Z Ghassemlooy, W P Ng, and M Uysal (2012), “Performance Analysis of Free Space Optical Links over Turbulence and Misalignment Induced Fading Channels,” 8th IEEE, IET International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing [37] I S Gradshteyn and I M Ryzhik (2008), “Table of Integrals, Series, and Products,” 7th ed New York: Academic [38] Jaedon Park, Eunju Lee, and Giwan Yoon (2011), “Average Bit-Error Rate of the Alamouti Scheme in Gamma-Gamma Fading Channels,” IEEE Photonics Technology Letters, vol 23, no 4, pp 269-271 [39] J Akella, M Yuksel, and S Kalyanaraman (2005), “Error analysis of multihop free-space optical communication,” in Proc IEEE Int Conf on Communications (ICC), Seoul, South Korea [40] Karp S, Gagliardi R M, Moran S E, and Stotts L B (1988), “Optical Channels: fibers, clouds, water and the atmosphere” New York: Plenum Press [41] Kostas P Peppas and Christos K Datsikas (2010), “Average Symbol Error Probability of General-Order Rectangular Quadrature Amplitude Modulation of Optical Wireless Communication Systems Over Atmospheric Turbulence Channels,”J Opt Commun Netw., vol 2, Issue 2, pp 102-110 [42] Kostas P Peppas (2011), “A Simple, Accurate Approximation to the Sum of Gamma–Gamma Variates and Applications in MIMO Free-Space Optical Systems,” IEEE Photonics Technology Letters, vol 23, no 13, pp 839-841 [43] Kostas P Peppas (2012), “A New Formula for the Average Bit Error Probability of Dual-Hop Amplify-and-Forward Relaying Systems over Generalized Shadowed Fading Channels,” IEEE Wireless Ccommunications Letters, vol 1, no 98 [44] Kostas P Peppas, Argyris N Stassinakis, Hector E Nistazakis, and George S Tombras (2013), “Capacity Analysis of Dual Amplify-and-Forward Relayed Free-Space Optical Communication Systems Over Turbulence Channels With Pointing Errors,” J opt commun Netw, vol 5, no [45] L Andrews, R Phillips, and C Hopen (2001), “Laser Beam Scintillation with Applications,” Bellingham, WA: SPIE Press [46] L C Andrews and R L Phillips (1985), “I–K distribution as a universal propagation model of laser beams in atmospheric turbulence,” J Opt Soc Am A, vol 2, pp 160–163 [47] L C Andrews and R L Philips (2005), “Laser beam propagation through random media,” SPIE Press [48] M A Al-Habash, L C Andrews, and R L Philips (2001), “Mathematical model for the irradiance probability density function of a laser beam propagating through turbulent media,” Opt Eng., vol 40, no 8, pp 1554– 1562 [49] M Aggarwal, P Garg, and P Puri (2014), “Analysis of subcarrier intensity modulation-based optical wireless DF relaying over turbulence channels with path loss and pointing error impairments,” IET Commun., vol 8, no 17, pp 3170–3178 [50] M A Kashani, M M Rad, M Safari, and M Uysal (2013),“Optimal relay placement and diversity analysis of relay-assisted free-space optical communication systems,” IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking,, vol 5, no 1, pp 37–47 [51] Majumdar and J Ricklin (2007), “Free-Space Laser Communications: Principles and Advances,” Optical and Fiber Communications Series, Springer Media [52] M Aminikashani, M.U, and M Kavehrad (2015), “On the Performance of MIMO FSO Communications over Double Generalized Gamma Fading Channels”, in Proc of IEEE ICC 2015 [53] Md Zoheb Hassan, Xuegui Song, and Julian Cheng (2012), “Subcarrier Intensity Modulated Wireless Optical Communications with Rectangular QAM,” J Opt Commun Netw., vol 4, Issue 6, pp 522-532 [54] Mehdi Mofidi, Abolfazl Chaman-motlag (2011), “Error Performance of SIMO and MISO FSO Links over Weak and Strong Turbulent Channels,” 8th IEEE, IET International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing 99 [55] M Kamiri and N Nasiri-Kerari (2011), “Free-space optical communications via optical amplify-and-forward relaying,”J Lightwave Technol., vol 29, no 2, pp 242–248 [56] Mona Aggarwal, ParulGarg and Parul Puri (2015), “Exact Capacity of Amplify and-Forward Relayed Optical Wireless Communication Systems,” IEEE Photonics Technology Letters, vol 27, no [57] M Safari, and M Uysal (2008), “Relay-Assisted Free-Space Optical Communication,” IEEE Trans Wireless Communication, vol 7, pp 54415449 [58] M Safari, M M Rad, and M Uysal (2012), “Multi-hop relaying over the atmospheric Poisson channel: Outage analysis and optimization,”IEEE Trans Commun., vol 60, no 3, pp 817–829 [59] M Sharma et al (2013), “Evaluation of the capacity of MIMO-OFDM freespace optical communication system in strong turbulent atmosphere”, in ICW 2013 [60] Murat Uysal, Jing Li, and Meng Yu (2006), “Error Rate Performance Analysis of Coded Free-Space Optical Links over Gamma-Gamma Atmospheric Turbulence Channels,” IEEE transactions on wireless communications, vol 5, no 6, pp 1229-1233 [61] N D Chatzidiamantis, D S Michalopoulos, E E Kriezis, G K Karagiannidis, and R Schober (2013), “Relay selection protocols for relayassisted free-space optical systems,”J Opt Commun Netw., vol 5, no 1, pp 92–103 [62] Osche G R (2002), “Optical Detection Theory for Laser Applications”, New Jersey: Wiley [63] P Puri, P Garg, and M Aggarwal (2014), “Outage and error rate analysis of network-coded coherent TWR-FSO systems,” IEEE Photon Technol Lett., vol 26, no 18, pp 1797–1800 [64] Prabu, K., Kumar, D.S., Malekian, R (2014), “BER analysis of BPSK-SIMbased SISO and MIMO FSO systems in strong turbulence with pointing errors,” Int J for Light and Electron Optics vol 125, pp 6413-6417 [65] Ricardo Barrios (2013), “Exponentiated Weibull Fading Channel Model in Free-Space Optical Communications under Atmospheric Turbulence”, Ph.D Dissertation, Departament of Signal Theory and Communicacions, Universitat Politècnica de Catalunya Barcelona, Spain 100 [66] S G Wilson, M Brandt-Pearce, Q Cao, and J H Leveque (2005), “Freespace optical MIMO transmission with Q-ary PPM,” IEEE Trans Commun., vol 53, Issue 8, pp 1402-1412 [67] T A Tsiftsis, H G Sandalidis, G K Karagiannidis, N C Sagias (2006), “Multihop Free-Space Optical Relaying Communications Over Strong Turbulence Channels,” IEEE Int Conf on Communications, vol 6, pp 27552759 [68] T A Tsiftsis, H G Sandalidis, G K Karagiannidis, and M Uysal (2008), “FSO links with spatial diversity over strong atmospheric turbulence channels,” in Proc ICC‟08, pp 5379-5384 [69] Thomas W Schlatter (2009), “Atmospheric Composition and Vertical Structure,” Environmental Impact and Manufacturing, vol [70] Trung, H D., Tuan, D T., Anh, T P (2014), “Pointing error effects on performance of free-space optical communication systems using SC-QAM signals over atmospheric turbulence channels,” AEU-Int J of Elec and Commun, vol 68, pp 869-876 [71] V S Adamchik, and O I Marichev (1990), “The algorithm for calculating integrals of hypergeometric type functions and its realization in REDUCE system,” in Proc of the Int Conf on Symbolic and Algebraic Computation, Tokyo, Japan, pp 212-224 [72] Vietnam Building Code Natural Physical & Climatic Data for Construction (Part I), QCXDVN 02 : 2008/BXD [73] Vineet Khandelwal, Rahul Kaushik, R C Jain (2017), “A Simple Closed form Approximation of Average Channel Capacity for Weakly Turbulent Optical Wireless Links,” Wireless Pers Commun, Springer Science and Business Media New York 2017, DOI 10.1007/s11277-017-3948-2 [74] Willebrand H and Ghuman B.S (2002), “Free Space Optics: Enabling optical connectivity in today’s network,” Indianapolis, IN, SAMS publishing [75] Xiaoming Zhu and Joseph M Kahn (2002), “Free-Space Optical Communication Through Atmospheric Turbulence Channels,” IEEE Transactions on Communications, vol 50, no 8, pp 1293-1300 [76] X Song, M Niu, and J Cheng (2012), “Error rate of subcarrier intensity modulations for wireless optical communications”, IEEE Commun Lett., vol 16, pp 540-543 101 [77] X Tang, Z Wang, Z Xu, and Z Ghassemlooy (2014), “Multihop free-space optical communications over turbulence channels with pointing errors using heterodyne detection,” J Lightw Technol., vol 32, no 15, pp 2597–2604 [78] Xuegui Song, Mingbo Niu, Julian Cheng (2012), “Error Rate of Subcarrier Intensity Modulations for Wireless Optical communications,” IEEE Communications Letters, vol 16, Issue 4, pp 540-543 [79] Z Ghassemlooy, W Popoola (2010), “Terrestrial Free-Space Optical Communications, Mobile and Wireless Communications Network Layer and Circuit Level Design,” Salma Ait Fares and Fumiyuki Adachi (Ed.), ISBN: 978-953-307-042-1 [80] http://functions.wolfram.com/HypergeometricFunctions/MeijerG/ 102 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [J1] Duong Huu Ai, Do Trong Tuan, and Ha Duyen Trung (2015), “Amplify-and Forward Relaying MIMO/FSO Systems using SC-QAM Signals over LogNormal Atmospheric Turbulence Channels,” Journal of Science and Technology, Technical Universities, ISSN: 0866-3980, No 107, pp 123-128 [C1] Duong Huu Ai, Ha Duyen Trung, and Do Trong Tuan (2016), “Pointing Error Effects on Performance of Amplify-and-Forward Relaying MIMO/FSO Systems Using SC-QAM Signals Over Log-Normal Atmospheric Turbulence Channels," the 8th Asian Conference on Intelligent Information and Database Systems (ACIIDS 2016), vol 9622 of LNAI, Springer-Verlag, Danang, Vietnam, pp 607-619 [J2] Duong Huu Ai, Do Trong Tuan, and Ha Duyen Trung (2016), “Pointing error effects on performance of amplify-and-forward relaying FSO systems using SC-QAM signals over Gamma-Gamma atmospheric turbulence channels,” Journal of Science and Technology, The University of Danang, ISSN: 18591531, No (103), pp 1-6 [C2] Duong Huu Ai, Ha Duyen Trung, and Do Trong Tuan (2016), “AF RelayAssisted MIMO/FSO/QAM systems in Gamma-Gamma fading channels” Proc IEEE 3rd National Foundation for Science and Technology Development Conference on Information and Computer Science (NICS 2016), pp 147-152 [J3] Duong Huu Ai, Do Trong Tuan, and Ha Duyen Trung (2016), “Misalignment fading effects on performance of amplify-and-forward relaying FSO systems using SC-QAM signals over Log-Normal atmospheric turbulence channels,” Journal of Science and Technology, The University of Danang, ISSN: 18591531, No 12 (109), pp 1-5 [C3] Duong Huu Ai, Duong Tuan Quang, Nguyen Ngoc Nam, Ha Duyen Trung Do Trong Tuan and Nguyen Xuan Dung (2017), “Capacity Analysis of Amplify-and-Forward Free-Space Optical Communication Systems Over Atmospheric Turbulence Channels," Proc IEEE 7th International Conference on Information Science and Technology (ICIST 2017), pp 103-108 103 ... hưởng lỗi lệch tia lên hiệu hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng điều chế SC- QAM? ?? Trong chương này, luận án trình bày hiệu hệ thống FSO điểm-điểm sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp Với hệ thống FSO chuyển... lựa Combining chọn SC- PPM Subcarrier – Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung sóng mang SC- PSK Subcarrier – Phase-shift Keying Điều chế khóa dịch pha song mang SC SC -QAM Subcarrier – Quadrature... lỗi lệch tia tìm thấy cơng trình [13], [23], [36] ảnh hưởng lỗi lệch tia lên tham số BER [27], [64] ảnh hưởng lỗi lệch tia lên tham số ASER [49] hệ thống FSO Ngoài ra, ảnh hưởng lỗi lệch tia đến