TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TỐI ƯU TUYẾN THÔNG TIN QUANG

KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

CALCULATING, DESIGNING, OPTIMIZING

FREE-SPACE OPTICS (FSO) LINK APPLIED IN VIET NAM’S CLIMATE

SVTH: Nguyễn Ngọc Dương, Phan Vĩnh Vương

Lớp 05DT2, Trường Đại học Bách khoa

GVHD: GVC.TS. Nguyễn Văn Tuấn

Khoa Điện tử-Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT

Bài cáo này đề nghị giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống mạng truy cập đầu cuối tại

Việt Nam bằng cách ứng dụng kỹ thuật FSO như là 1 giải pháp Last Mile tốc độ cao. Trên cơ sở

tìm hiểu kỹ thuật FSO, chúng tôi đánh giá khả năng ứng dụng của nó vào nước ta. Sau đó xây

dựng lưu đồ thuật toán, ứng dụng vào việc tính toán tuyến FSO khoảng cách 1km tại Đà Nẵng với

điều kiện thời tiết mưa lớn nhất 120mm/h và rất ít sương mù, nếu có cũng rất nhẹ và thời gian

ngắn. Vì hạn chế về thiết bị để đo đạt thực tế, chúng tôi xây dựng chương trình mô phỏng trên

phần mềm Opticsystem7.0 để so sánh kết quả tính toán bằng Matlab với kết quả rút ra từ chương

trình mô phỏng.

ABSTRACT

In this paper, we propose the solution for enhancing the quality of access network in

Vietnam by applying FSO technology as a high speed solution for Last Mile problem. After studying

the fundamental of FSO, we establish the application ability in Vietnam. We build the algorithm

chart for calculating typical FSO link. It is the 1Km link in Da Nang in condition of the 120mm/h rain

rate (highest one) and a little fog. Because of lack of experimental equipment, we simulate system

by Opticsystem7.0 software and compare its results with one of the Matlab program.

1. Những điểm cơ bản của kỹ thuật FSO

FSO là kỹ thuật viễn thông truyền dữ liệu giữa hai điểm sử dụng phương pháp bức

xạ ánh sáng (850nm – 1550nm) thông qua kênh truyền là môi trường không khí chưa xác

định. Tuyến FSO là tuyến thông tin tầm nhìn thẳng (LoS).

1.1. Những đặc tính của FSO

Vì tần số ánh sáng là rất lớn

(300THz) nên băng thông dùng cho thông

tin lớn hơn rất nhiều so với dải RF (105

Hz).

Chùm sáng hẹp nên công suất phát chỉ tập

trung và các tuyến FSO không ảnh hưởng

lẫn nhau. Đồng thời, không cần đăng kí phổ

tần và kế thừa các nguồn thu phát của hệ

thống thông tin quang nên chi phí rẻ. Dễ

dàng lắp đặt. Khả năng hoạt động của tuyến

FSO gắn chặt với điều kiện thời tiết có đặc

tính không ổn định là những thách thức lớn. Hình 1: LAN to LAN bằng FSO

1.1.1. Những ứng dụng của FSO

Kỹ thuật FSO bổ sung cho các công nghệ hiện tại để mang lưu lượng rất lớn từ

mạng xương sống (Dung lượng 120Gbps và 240Gbps) tới các người dung có nhu cầu.

Trong các ứng dụng nổi bật, FSO phù hợp với một số sau:

Kết nối truy cập tới người dung

Mạng MAN thành phố, LAN to LAN trong các tổ chức doanh nghiệp lớn

Bbackbone GSM và 3G

2. Thông tin quang qua kênh truyền tán xạ và hấp thụ theo thuyết truyền bức xạ

Nhiều nghiên cứu sử dụng lí thuyết truyền bức xạ điện từ để mô hình hoá kênh

truyền không gian của tuyến FSO. Nhưng phương pháp này khá phức tạp chỉ thật phù hợp

với hiện tượng đa tán xạ Mie không kết hợp trong thời tiết sương. Khí hậu Việt Nam rất ít

xảy ra sương mù nặng, điều kiên thời tiết bất lợi cho FSO lớn nhất là mưa. Trong phạm vi

nghiên cứu chúng tôi tập trung vào các mô hình thực nghiệm, lưu đồ thuật toán để tính

toán và tối ưu các thông số của tuyến FSO trong điều kiện Việt Nam.

2.1. Tính toán, tối ưu tuyến thông tin quang không dây trong điều kiện khí hậu Việt Nam

2.1.1. Khí hậu Việt Nam

Khí hậu Việt Nam thuộc khu vực nhiệt đới, lãnh thổ trải dài theo vĩ độ. Miền Bắc có

cả bốn mùa, miền Trung và Nam chủ yếu hai mùa mưa nắng phân bố theo các tháng trong

năm. Nhìn chung thời tiết Việt Nam khô nắng vào mùa hè và mưa to, gió bão vào mùa mưa.

2.1.2. Tính toán độ suy hao tuyến quang thực tế có thể có tại Việt Nam

Việc truyền của ánh sáng trong môi trường không khí được mô tả bằng định luật

Beer Lamber: (1)

trong đó: là hàm truyền theo , là công suất ở khoảng cách L từ bộ phát,

là công suất phát, hệ số suy hao tổng cộng trên 1 đơn vị chiều dài.

Hệ số suy hao tổng cộng bao gồm các thành phần suy hao tán xạ và hấp thụ. Nhìn

chung trong điều kiện Việt Nam là tổng của các thành phần sau: γ(λ) = αmưa(λ) + β(λ) (2)

Suy hao do mưa gây ra: mưa(λ) = 1,076*R0,67

(dB/km) (3)

Để tính suy hao do tán xạ nói chung (không phải sương mù) ta dùng công thức từ

công trình nghiên cứu P.W Kruse và I.I KIM: ( ) = (4)

Các cuộc nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy giá trị hệ số q được cho theo độ phân

bố kích thước hạt và cho theo công thức