Báo Cáo Tính toán, thiết kế tối ưu tuyến thông tin quang không dây ứng dụng trong điều kiện khí hậu việt nam

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: