Kênh truyền dẫn quang khác so với kênh nhiễu Gauss thông thường, tín hiệu đầu vào của kênh, x(t), thể hiện công suất chứ không phải là biên độ. Điều này dẫn tới hai điều kiện ràng buộc trên tín hiệu được truyền:
- x(t) phải không âm
- Giá trị trung bình của x(t) không được vượt quá một giá trị quy định.
Kênh truyền khí quyển bao gồm các loại khí và một loại hạt vật chất siêu nhỏ có trong khí quyển được liệt kê trong bảng (bảng 1.3). Sự phân bố của các loại khí
26
này có ảnh hưởng khá lớn tới điều kiện nhiễu loạn của kênh truyền. Với sự phân bố về kích thước của các dải thành phần khí quyển từ micromet tới centimet, một trường quang đi qua khí quyển sẽ bị tán xạ hoặc hấp thụ và gây ra suy hao.
Suy hao khi truyền tín hiệu trong bầu khí quyển là hệ quả của quá trình hấp thụ và tán xạ. Nồng độ của vật chất trong khí quyển gây ra việc suy hao tín hiệu khác nhau theo không gian và thời gian, và sẽ phụ thuộc vào điều kiện thời tiết của từng vùng.
a) Hấp thụ - xảy ra khi có một sự tương tác giữa các photon và các phần tử khí trong quá trình truyền lan trong khí quyển. Một số photon bị hấp thụ và năng lượng của chúng biến thành nhiệt. Hệ số hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào các lo ại khí và mật độ của chúng. Sự hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng và do đó có tính chọn lọc. Điều này dẫn tới bầu không khí có các vùng trong suốt ( dải bước sóng có độ hấp thụ tối thiểu ) được xem như là c ửa sổ truyền. Mặt khác các tính chất vật lý c ủa bầu không khí là không thể thay đổi,do đó các bước sóng sử dụng trong FSO về cơ bản được chọn để trùng với các cửa sổ truyền lan trong không khí, kết quả là hệ số suy hao được chi phối bởi sự tán xạ.
b) Tán xạ - là kết quả của việc phân bố lại góc trường quang khi có và không
có sự thay đổi bước sóng. Ảnh hưởng của tán xạ phụ thuộc vào bán kính r của các
hạt (sương mù, hơi nước) gặp phải trong quá trình truyền lan. Một cách mô tả hiện
tượng này là xét tham số kích cỡ x0 =2π
λ . Nếu x0 «1 thì tán xạ là tán xạ Rayleigh,
nếu x0 ≈1 là tán xạ Mie và nếu x0 »1 thì tán xạ có thể thuộc loại khác (quang hình
học). Quá trình tán xạ đối với các hạt khác nhau có mặt trong bầu khí quyển được tóm tắt trong bảng 2.1.
27
Bảng 2.1: Bán kính và quá trình tán xạ của các hạt tán xạ điển hình có trong không khí tại λ= 850 nm
Kiểu Bán kính (um) Kích cỡ tham số x0 Quá trình tán xạ
Phần tử khí 0.0001 0.00074 Rayleigh Hạt bụi 0.01-1 0.074-7.4 Rayleigh-Mie Hạt sương 1-20 7.4-147.8 Mie- Hình học Mưa 100-10000 740-74000 Hình học Tuyết 1000-5000 7400-37000 Hình học Mưa đá 5000-50000 37000-370000 Hình học