Hàm Thời Gian Sống Của Diode Giảm Theo Chiều Tăng Nhiệt Độ

Hình 3.9 Ảnh hưởng của sương mù, bão tuyết

Đối với hệ thống thông tin quang không dây, ta cần quan tâm đến tỉ lệ lỗi bit (BER) trên khoảng cách và tốc độ dữ liệu trên khoảng cách. Hệ thống thông tin cáp quang thì đặc tính kênh truyền được biết rất rò còn hệ thống quang không dây rất khó trong việc mô hình kênh truyền. Nó phải sử dụng lý thuyết thống kê để tính toán. Và đặc tính kênh này tác động lên hệ số BER trong chuỗi bit truyền.

Hình 3.10 Hệ số BER trên khoảng cách ở 1,25Gb/s

Từ hình 3.10 ta thấy: Do ảnh hưởng suy hao do môi trường rất lớn nên khi tăng khoảng cách lên từ 10m –15m thì hệ số BER đã thay đổi đáng kể từ 10-12 đến 10-6.

Hình 3.11 Tốc độ dữ liệu trên khoảng cách

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 72 trang tài liệu này.

Hình 3.11 cho thấy tốc độ dữ liệu giảm xuống từ 1,25Gb/s đến 100Mb/s nhưng khoảng cách tăng thêm được 30m.

Vậy trong những điều kiện thời tiết khác nhau, thiết kế tốt nhất cho hệ thống quang không gian là đẩy những tham số (tốc độ và tỉ số BER) tới giới hạn của nó, việc giảm giá trị những yếu tố này không có ý nghĩa trong việc tăng khoảng cách.

3.5.3 Tham số nâng cao chất lượng của tuyến

Điều khiển công suất laser:

Hai yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sống của laser diode bán dẫn là:

 Nhiệt độ hoạt động trung bình của diode:

Với diode laser AlGaAs, năng lượng hoạt động là 0.65eV, có thời gian sống tăng hai lần khi nhiệt độ giảm 100C.

Hình 3.12: Hàm thời gian sống của diode giảm theo chiều tăng nhiệt độ

 Nhân tố thứ hai là công suất ra trung bình của laser.

Hình 3.13: Thời gian sống tỉ lệ nghịch với công suất ra của laser

Xét thấy yếu tố nhiệt độ là không thể điều khiển trong hệ thống ngoài trời nên để tăng thời gian sống cho thiết bị phát ta cần điều khiển công suất ra tự động. Vì phần lớn thời gian tuyến hoạt động trong môi trường không khí khô nên có thể giảm công suất phát của laser. Những hệ thống mà không có sự điều khiển công suất sẽ khó đạt được thời gian sống mong muốn.

3.6 Lựa chọn tần số

Ánh sáng 800 nm nằm gần vùng hồng ngoại nên không nhìn thấy được. Luồng ánh sáng trong vùng này đi vào mắt sẽ được tập trung với hệ số 100.000 lần nên khi chạm vào vòng mạc sẽ gây nguy hiểm. Và nguy hiểm hơn khi vòng mạc không có cảm giác đau, nhưng luồng quang ở bước sóng 1550 nm bị hấp thụ ở giác mạc và thủy tinh thể và không hội tụ tại vòng mạc.

Vậy tốt hơn nên chọn sử dụng bước sóng gần 1550 nm vì độ an toàn cho mắt sẽ cao hơn 50 lần so với khi chọn bước sóng 800 nm. Ngoài ra công suất sử dụng cho phép sẽ cao hơn cũng là 1 ưu điểm nhưng ngược lại là sự ảnh hưởng tới các hiệu suất hoạt động khác.

Những bước sóng thường dùng trong kĩ thuật thông tin quang không dây nằm trong dải từ 750nm đến 1600nm. Đặc điểm vật lý của công suất truyền qua không khí tương tự như những bước sóng nằm trong dải nhìn thấy. Nhưng có những yếu tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn này.

3.6.1 Ảnh hưởng của sự suy giảm không khí tới bước sóng

Mặc dù, không khí được xem như trong suốt ở những ánh sáng nhìn thấy nhưng những bước sóng trong dải 750nm đến 1600nm chịu sự hấp thụ của nước (một phần không thể thiếu trong không khí thậm chí ở điều kiện thời tiết khô).

Hình 3.14 Sự phụ thuộc truyền bước sóng vào những điều kiện không khí, được đo ở khoảng cách 1km, tầm nhìn là 200m

Trong điều kiện sương mù, mưa nặng hạt…ảnh hưởng của tán xạ Mie do những hạt nước nhỏ trong không khí sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự truyền sóng. Đây là sự suy giảm chủ yếu so với những điều kiện thời tiết khác và tác động như nhau đến tất cả dải bước sóng.

Thanh cuối cùng thể hiện sự kết hợp tác động của tất cả các yếu tố trên. Nhìn vào ta thấy có vài cửa sổ bước sóng gần như trong suốt (độ suy hao < 0.2dB/Km) có thể sử dụng để truyền dẫn thuận lợi. Đó là những bước sóng nằm gần bước sóng trung tâm 750nm và 1550nm. Đây là một trong những lý do sử dụng bước sóng này trong hệ thống FSO.

3.6.2 Thiết bị thu, phát

780nm-850nm: Một số nhà sản xuất đã cung cấp nguồn laser công suất cao hoạt động trong vùng này. Các thiết bị laser phát bước sóng 780nm này rẻ tiền, luôn có trên thị trường và có tuổi thọ cao khi hoạt động ở công suất lớn. Ở bước sóng 850, laser rất tin cậy và đặc biệt nó thường được dùng trong mạng quang. Các máy thu APD và laser phát bề mặt tiên tiến (VCSEL) cũng được sản xuất làm việc ở bước sóng này.

1520nm-1600nm: Những bước sóng này thích hợp cho việc truyền qua không gian. Những thành phần thu và phát luôn sẵn sàng. Và kết hợp đặc điểm suy hao thấp tạo ra sự phát triển hệ thống WDM-FSO khả thi hơn. Tuy nhiên, những thiết bị này đắt hơn và máy thu có độ nhạy thấp hơn khi so với APD photodiode bước sóng 850nm.

Những bước sóng này được sử dụng trong hệ thống cáp quang nhằm giảm giá thành. Đồng thời, tăng khả năng hoạt động những thiết bị hoạt động ở dải này.

3.6.3 Sự an toàn với mắt người

Khi lắp đặt hệ thống thông tin quang không dây, thiết bị phát tạo ra những chùm laser vào những khu vực có người sinh sống nên đảm bảo an toàn cho mắt người trở nên quan trọng. Vì đặc tính mắt người khá khác nhau đối với hai khoảng bước sóng quang chiếm ưu thế nên việc xem xét an toàn cho mắt đóng một vai trò quan trọng trong toàn bộ việc phát triển thương mại.

Những hệ thống hoạt động ở hai bước sóng 800 nm và 1550 nm. Những chùm laser ở 800nm nằm gần vùng hồng ngoại, không giống như những ánh sáng thấy được, nó vượt qua vùng giác mạc và thủy tinh thể và được hội tụ thành một vết nhỏ trên vòng mạc. Chùm ánh sáng chuẩn trực xâm nhập vào mắt, ở vùng bước sóng nguy hiểm cho vòng mạc, sẽ được tập trung 100.000 lần khi nó đập vào. Vì vòng mạc không có cảm giác đau và ánh sáng không nhìn thấy không gây nháy mắt ở 800nm nên có thể bị hủy hoại trước khi nạn nhân nhận thức được. Tương phản với trường hợp trên, chùm laser 1550nm bị hấp thụ bởi giác mạc và thủy tinh thể nên nó không hội tụ trên vòng mạc.

Có thể thiết kế để bộ phát an toàn cho mắt ở cả hai bước sóng 800 nm và 1550 nm. Nhưng do điều kiện kiện sinh lý của mắt người, nên công suất laser an toàn có thể chấp nhận ở 1550 nm lớn hơn khoảng 50 lần khi dùng 800 nm. Hệ số 50 này có ý

3.7 Kết luận chương

Những vấn đề được trình bày trong chương đã cho thấy hệ thống FSO hoàn toàn có thể thực hiện được. Và ứng dụng của nó là rất hiệu quả trong nhiều đối tượng khác nhau như cho các nhà cung cấp dich vụ di động, mạng MAN thành phố, hay cho các khách hàng trực tiếp muốn có dung lượng truy cập cao.

Tuy hệ thống FSO có nhiều vấn đề về đường truyền, các yêu cầu an toàn cũng như khả năng hoạt động trong điều kiện xấu. Nhưng hầu như các yếu tố đều có thể được giải quyết nếu chúng ta thiết kế, chon thiết bị và các thông số hợp lí thì sẽ đem lại kết quả khả quan.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU TUYẾN THÔNG TIN QUANG KHÔNG DÂY TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ

HẬU VIỆT NAM

4.1 Giới thiệu chương

Chương này trình bày việc thiết kế tuyến FSO trong điều kiện khí hậu Việt Nam bằng việc ghép 8 bước sóng tại đầu vào máy phát thông qua bộ ghép kênh WDM, truyền chúng qua kênh truyền không khí trong phạm vi 1km sử dụng bộ giải ghép kênh thu được 8 kênh đầu ra.

Dựa trên các thông số cho trước như độ nhạy máy thu, khoảng cách tuyến và đặc điểm kênh truyền để xây dựng lưu đồ thuật toán để tính toán, tối ưu công suất phát, tốc độ bit, tỉ lệ lỗi bit BER và bước sóng bằng Matlab.

Thực hiện mô phỏng tuyến bằng chương trình mô phỏng Optisystem 7.0 và so sánh kết quả qua đồ thị, số liệu của chương trình với kết quả tối ưu của chương trình Matlab.

4.2 Đánh giá điều kiện thời tiết Việt Nam và tính toán suy hao thực tế có thể có đối với đường truyền FSO tại Việt Nam

4.2.1 Khí hậu Việt Nam

Lãnh thổ Việt Nam nằm trọn trong vùng nhiệt đới, và nằm ở rìa phía Đông Nam của phần châu Á lục địa, giáp với biển Đông nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của kiểu khí hậu gió mùa. Hiện tượng khí hậu chủ yếu là mưa, gió, bão.

Việt Nam có ba miền khí hậu chủ yếu, bao gồm: miền khí hậu phía Bắc, miền khí hậu phía Nam, miền khí hậu Trung và Nam Trung Bộ.

Miền Bắc Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với bốn mùa xuân, hè, thu, đông rò rệt. Mùa xuân miền Bắc bắt đầu từ tháng 2 cho đến hết gần tháng 4. Mùa hè từ tháng 4 đến tháng 9, vào mùa này thì nhiệt độ trong ngày khá nóng và mưa nhiều. Tháng nóng nhất thường là vào tháng 6. Tháng 5 đến tháng 8 là tháng có mưa nhiều nhất trong năm. Mùa thu chỉ vỏn vẹn trong hai tháng 9 và 10. Thu miền Bắc trời trong xanh, không khí mát mẻ. Mùa đông thường vào tháng 11 đến tháng 2 năm sau, mùa này khí hậu lạnh và hanh khô.

Miền Nam Việt Nam gồm khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ. Miền này có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với hai mùa: mùa khô và mùa mưa (mùa mưa từ tháng

4-5 đến tháng 10-11, mùa khô từ tháng 12 đến hết tháng 3 năm sau). Quanh năm, nhiệt độ của miền này cao, khí hậu miền này ít biến động nhiều trong năm.

Khí hậu miền Trung Việt Nam thì được chia ra làm hai vùng khí hậu là BắcTrung Bộ và vùng khí hậu Duyên Hải Nam Trung Bộ. Vùng Bắc Trung Bộ là vùng Bắc đèo Hải Vân, về mùa đông do bị ảnh hưởng gió mùa Đông Bắc cộng thêm bị dãy núi Trường Sơn tương đối cao ở phía Tây (dãy Phong Nha – Kẻ Bàng) và phía Nam (tại đèo Hải Vân) trên dãy Bạch Mã chắn ở cuối hướng gió mùa Đông Bắc. Nên vì vậy vùng này thường lạnh nhiều vào Đông và thường kèm theo mưa nhiều, do gió mùa thổi theo đúng hướng Đông Bắc mang theo hơi nước từ biển vào, hơi khác biệt với thời tiết khô hanh của miền Bắc cùng trong mùa đông. Về mùa Hè, lúc này do không còn hơi nước nên gió mùa Tây Nam gây ra thời tiết khô nóng (có khi tới > 40 °C, độ ẩm không khí thấp), gió này gọi là gió Lào.

Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ là vùng đồng bằng ven biển Nam Trung Bộ phía Nam đèo Hải Vân nóng quanh năm.

Điều kiện sương mù:

Xét thấy khi sử dụng kĩ thuật FSO tại Việt Nam thì không ảnh hưởng nhiều bởi sương mù. Tại các khu vực miền Bắc thì số ngày có sương mù nhiều hơn, nhưng sương mù không nặng và tồn tại trong thời gian ngắn.

Tại các tỉnh thành phố phía Nam, nơi đô thị phát triển nhất trong cả nước thì gần như không có sương mù. Bởi vậy khi xét việc ứng dụng FSO cho 1 số tuyến kết nối ta không cần quan tâm nhiều đến điều kiện sương mù.