CHƢƠNG 2 : MỘT SỐ ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG FSO
3.4Đặc điểm kênh truyền trong hệ thống FSO
3.4.1. Các loại suy hao trong môi trường truyền dẫn FSO
Kênh truyền của hệ thống FSO bao hàm sự truyền, hấp thụ và tán xạ ánh sáng bởi khí quyển trái đất. Khí quyển tương tác với ánh sáng phụ thuộc vào thành phần khơng khí, trong điều kiện bình thường, bao gồm nhiều loại phân tử khí và các hạt lơ lửng khác nhau. Sự tương tác tạo ra nhiều hiện tượng quang học khác nhau: hấp thụ chọn lọc, tán xạ, sự chập chờn ánh sáng thu được.
Sự hấp thụ chọn lọc: của những bức xạ được truyền trong các bước sóng ánh
sáng được tạo ra từ những tương tác của các photon và các phân tử, nguyên tử (H2O, CO2, N2, O2, H2, O3…). Điều này dẫn đến sự biến mất của các photon truyền tới, suy hao tín hiệu và làm tăng nhiệt độ xung quanh. Hiện tượng này phụ thuộc vào thành phần khơng khí và bước sóng ánh sáng sử dụng. Có những vùng bước sóng mà sự truyền gần như trong suốt (khơng có hấp thụ) gọi là cửa sổ tần số.
Hình 3.5 Ảnh hưởng của mơi trường đến tuyến FSO
Tán xạ: mơi trường khơng khí là kết quả tương tác một phần ánh sáng và các
phần tử (bụi, các dạng hạt nước trong khơng khí) trong mơi trường truyền sóng. Nó chỉ thay đổi hướng bức xạ của thành phần tương tác mà khơng có thay đổi bước sóng. Tán xạ xảy ra khi kích thước của các hạt trong khơng khí có kích thước tương đương với bước sóng của ánh sáng được truyền. Và trong điều kiện thực tế thì chủ yếu tạo ra do sương mù, mưa phùn.
Hiện tượng chập chờn: trong FSO là những sự thay đổi của tín hiệu dưới sự ảnh
hưởng của sự thay đổi nhiệt độ bên trong môi trường truyền, sự phân bố ngẫu nhiên của các lớp khơng khí trên đường truyền được tạo ra. Các lớp này có khoảng cách biến đổi (10cm – 1km) và có nhiệt độ khác nhau, tạo ra các hệ số khúc xạ khác nhau là nguyên nhân sinh ra sự tán xạ, đa đường, biến đổi góc tới. Tín hiệu thu được thay đổi nhanh với phạm vi tần số 0.01 – 200 Hz. Mặt sóng thay đổi tạo ra sự hội tụ và phân kỳ của chùm ánh sáng.
Ngoài ra, các tác động khác cũng ảnh hưởng rất lớn đến đường tryền như các vật chắn phát sinh trong khi sử dụng: cây cối phát triển, các loài sinh vật biết bay, sự di chuyển của tòa nhà hay cột tháp lắp thiết bị, sự chấn động của mặt đất làm lệch hướng tia sáng. Các loại này xác xuất xảy ra rất thấp và ta cũng có thể loại bỏ được.
Hệ thống thông tin quang khơng dây và vấn đề thiết kế, tính tốn, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam
Sơ đồ tổng kết ảnh hưởng môi trường tới hệ thống FSO:
3.4.2 Ảnh hưởng của sự thay đổi khơng khí đến chất lượng tín hiệu
Sự thay đổi tính chất của khơng khí gây ra sự biến thiên cường độ tín hiệu theo không gian và thời gian ở đầu thu. Nguyên nhân là sự thay đổi này làm cho chỉ số khúc xạ bị thay đổi và khơng khí giống như những thấu kính làm lệch chùm tia so với hướng chính đến phía thu. Thời gian thay đổi này chính là thời gian chùm tia được truyền qua khơng gian và nó phụ thuộc vào tốc độ gió. Thực tế cho thấy, nếu sự thăng giáng yếu thì hàm phân bố cường độ tín hiệu tỉ lệ theo hàm logarit. Đối với quang không gian sử dụng truyền lan theo phương ngang, sự thay đổi này mạnh hơn nên hàm phân bố cường độ thu theo quy luật hàm mũ.
Tham số thường được sử dụng để đo mức độ thay đổi khơng khí là tham số cấu trúc khúc xạ . Nó quan hệ trực tiếp với tốc độ gió. Sự thay đổi của có thể được sử dụng để dự đốn sự thay đổi cường độ tín hiệu ở đầu thu.
(3.2) Trong đó: là phương sai của sự thay đổi cường độ tín hiệu.
là tham số cấu trúc khúc xạ ( .
Ảnh hƣởng của khí quyển trong sự truyền của trƣờng ánh sáng
Ảnh hƣởng làm suy giảm tín hiệu Ảnh hƣởng của hệ số phản xạ Tán xạ + Tán xạ Rayleigh (bởi cộng hưởng electron) + Tán xạ Mie (do các hạt phân tử trong khơng khí) Hấp thụ + Hấp thụ vạch của các phân tử khí + Hấp thụ liên tục; + Hấp thụ bởi các phần tử đặc. lỏng. Suy hao trong không gian Sự nhiễu loạn của khơng khí ngẫu nhiên làm thay đổi hệ số phản xạ Mất tia sáng, do sự thay đổi chậm của các hệ số phản xạ Méo mặt sóng Mở rộng tia sáng Nhấp nháy Thay đổi góc tới tai lieu, luan van35 of 98.
k là hằng số truyền sóng (rad/m). L là khoảng cách (m).
Từ biểu thức ta thấy:
Cường độ thay đổi khơng khí tỉ lệ nghịch với bước sóng sử dụng (hệ thống hoạt động ở bước sóng 780 nm có sự thay đổi khoảng hai lần ở 1550 nm).
Ảnh hưởng sự thay đổi tỉ lệ thuận với khoảng cách.
Ảnh hưởng của sử thay đổi được mơ tả trong hình 3.6. Hình vẽ thể hiện miệng máy thu với những đóm màu đen và trắng được phân bố ngẫu nhiên. Kích thước vệt đóm tỉ lệ (λR)1/2
.
Ở bước sóng dài vệt đốm lớn hơn ở miệng máy thu. Điều này không tốt cho hoạt động của hệ thống vì có ít vệt đốm trên miệng thu. Nếu miệng thu chỉ nhận được một vệt thì u cầu phía phát phải tăng cơng suất để đảm bảo BER khi vệt đó là vệt đen.
Kích thước tỉ lệ với căn bậc hai với khoảng cách. Cự li xa hơn ảnh hưởng xấu đến hệ thống.
Hình 3.6 Vệt đốm và kích thước trung bình miệng thu