Hình 4.1 Mô tả ngày sương mù bình quân tại các tỉnh thành trên cả nước (nguồn từ Trung Tâm Khí Tượng Thủy Văn Quốc Gia )
4.2.2 Tính toán độ suy hao tuyến FSO thực tế có thể có tại Việt Nam
Như đã xem xét từ trước, tia hồng ngoại và ánh sáng truyền qua không khí bị ảnh hưởng do hấp thụ và tán xạ bởi phần tử không khí và hạt chất lỏng và rắn. Việc truyền của ánh sáng trong môi trường không khí được mô tả bằng định luật Beer Lamber:
(4.1)
trong đó:
τ(λ) là hàm truyền tổng cộng của không khí ở bước sóng λ P(λ,L) là công suất tín hiệu ở khoảng cách L từ bộ phát P(λ,0) là công suất phát
γ(λ) 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:
Với:
αmưa là suy hao do hấp thụ bởi mưa
(4.2)
β(λ) là suy hao do tán xạ nói chung ( không kể đến sương mù) Để tính suy hao do mưa gây ra ta dùng công thức CARBONNEAU sau:
(dB/km) (4.3)
Để tính suy hao do tán xạ nói chung (không phải sương mù) ta dùng công thức
(4.4)
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:
Và tầm nhìn V thì theo bảng số liệu sau:
Mưa rất to trên 180mm/h, mưa đá | Mưa to 50- 100mm/h, sương mù nhẹ | Mưa vừa nhỏ hơn 50mm/h | Mưa nhỏ đến mưa vừa | Trời trong xanh | |
Tầm nhìn (km) | 0,5 | 1 | 2 | 4 | >10 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Phục Vụ Các Hoạt Động Của Con Người Trong Không Gian -
Mô Hình Một Bộ Thu Phát Laser Dùng Trong Hệ Thống Fso -
Hàm Thời Gian Sống Của Diode Giảm Theo Chiều Tăng Nhiệt Độ -
Hệ thống thông tin quang không dây và vấn đề thiết kế, tính toán, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam - 8 -
Hệ thống thông tin quang không dây và vấn đề thiết kế, tính toán, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam - 9
Xem toàn bộ 72 trang tài liệu này.
4.2.3 Tính toán độ dự trữ công suất và BER tuyến FSO
Tính toán suy hao do mưa theo công thức (4.3) tán xạ theo công thức (4.4) Loss= αmưa(λ)*range +10*log10[β(λ)*range] (4.5)
Độ nhạy công suất máy thu là:
Psen = Nb.r.(hc/λ) (4.6)
Với: Nb là độ nhạy máy thu (Photons/Bit) r là tốc độ bit truyền
h = hằng số Planck c là tốc độ ánh sang
Ta chỉ chú trọng vào ảnh hưởng đường truyền lên chất lượng thu nên công suất đầu vào mấy thu xác định bằng công thức:
Preceiver = Ptransmit – Loss (4.7)
Từ công suất thu Preceiver , băng thông (bằng 1/2 tốc độ nếu dùng kỹ thuật điều chế OOK), và bước sóng được dùng ta tìm được SNR (tỉ số tín hiệu trên nhiễu)
(4.8)
(Với η là hiệu suất lượng tử bộ thu quang (với bộ tách sóng bằng vật liệu CCD thì η >90%)
Tỉ lệ lỗi bit: (4.9)
Vậy ta đã khảo sát khí hậu Việt Nam và chỉ ra các công thức để xác định độ suy hao, đồng thời đưa ra các tham số tính toán đánh giá chất lượng của tuyến FSO.
4.3 Thiết kế, tính toán và tối ưu tuyến FSO
4.3.1 Lưu đồ thuật toán, chương trình và kết quả tính toán bằng Matlab
Dựa trên những thông tin có được, ta xây dựng thuật toán tìm phương án tối ưu cho 1 tuyến quang tại Việt Nam.
Thông số đầu vào là:
Khoảng cách tuyến FSO: 1km;
mưa: 120mm/h
độ nhạy(photon/bit): 88303
Các yếu tố được kiểm tra cho đường truyền chất lượng tốt nhất là:
- công suất phát : (10dBm - 20dBm)
- tốc độ truyền: 2,048Mbps, 100Mbps, 155Mbps, 625Mbps, 1Gbps, 1,25Gbps.
- Bước sóng : 830nm - 1550nm
Lưu đồ thuật toán
START
Nhập dữ liệu đầu vào (khoảng cách link, lượng mưa, độ nhạy photon/bit)
Tính tầm nhìn (visibility) và hệ số q
2 vòng lặp quét các tốc độ và bước sóng khả dụng
Tính độ nhạy máy thu và suy hao tổng
Vòng lặp quét các giá trị công suất khả dụng
P-re > P-sen + Margin
BER < BERmax (rate,bước sóng)
Yes
Tính BER
Ghi lại thông số
Yes
No
Quét hết giá trị Power
No
Quét hết giá trị
Rate, λ
END
Chương trình Matlab
%chuong trinh toi uu hoa kenh FSO
%nhap du lieu dau vao gom
%photon/bit sensivity, luong mua toi da, khoang cach;
%-----------------------------------------------------------------------------------------
Nb=88303; %photon/bit sensivity rain=120; %mm/h
range=1; %km
%-----------------------------------------------------------------------------------------
%khoi tao gia tri ban dau cho cac bien P_transmit=(10:0.5:25); %cong suat phat (dBm) lamda=(830:10:1550); %buoc song kha dung (nm) rate=[2.048 100 155 625 1000 1250]; %toc do bit (Mbps) visibility=0; %tam nhin theo dk thoi tiet
q=0; %he so tinh suy hao tan xa
n=0.9; %quantium efficiency
BERmax=[ 1 1 1 1 1 1]; %gia tri mac dinh cua BERmax P_transmit_optimize=BERmax;
lamda_optimize=BERmax; loss=0;
extra_V=0; % khong co su can tro tam nhin nao khac RAIN
%---------------------------------------------------------------------------------------
%tinh visibility from rain
%------------------------------------------------------------------------------------
if (rain>=100)
visibility=-3.375*rain+1040; %unit:meter end
if (rain>=50 & rain<100) visibility=-4.6*rain+1230;
end
if (rain>=25 & rain<50) visibility=-36*rain + 2800;
end
if (rain>=12.5 & rain<25) visibility=-72*rain + 3700;
end
if (rain>=2.5 & rain<12.5) visibility=-310*rain + 6675;
end
if (rain>=2.5 & rain<12.5) visibility=-310*rain + 6675;
end
if (rain<2.5)
visibility=-5422*rain + 19455; end
%-------------------------------------------------------------------------------------
%cong them extra_visibility neu co visibility=visibility+extra_V;
%------------------------------------------------------------------------------------
%tao ma tran P_receive a=[ 1 1 1 ; 1 1 1 ; 6 73 31];
P_receive=accumarray(a,[0 0 0]); %tao 1 matix[6x73x31] [i j k] (rate X lamda X power) toan gia tri 0;
BER=P_receive;
%--------------------------------------------------------------------------------------
%tinh he so q trong cong thuc tinh suy hao do tan xa noi chung if (visibility>50000)
q=1.6;
end
if (visibility>6000 & visibility<=50000) q=1.3;
end
if (visibility>1000 & visibility<=6000) q=0.16*visibility/1000 + 0.34;
end
if (visibility>500 & visibility<=1000) q=visibility/1000-0,5;
end
if (visibility<500) q=0;
end
%-----------------------------------------------------------------------------------------
for i=1:6 %vong lap quet cac toc do bit
for j=1:73 %vong lap quet cac buoc song tu 830 -> 1550 P_sensitivity(i,j) = Nb*rate(i)*10^6* 6.625*10^(-
34)*3*10^8/(lamda(j)*10^(-9));
%tinh P_sensivity(theo buoc song "lamda" va toc do "rate") P_sensitivity(i,j)= 10*log10(P_sensitivity(i,j)) +30 ; %dBm beta(j)=exp( (3.912*1000/visibility) * ((lamda(j)/550)^(-q ))*range );
%suy hao tan xa chung
loss(j)=1.076*(rain^0.67)*range +10*log10(beta(j)); %tinh suy hao tong (theo buoc song lamda)
for k=1:31 %vong lap quet cac gia tri cong suat dung duoc
P_receive(i,j,k)=P_transmit(k) - loss(j); %5dBm for magin
%tinh P_receive theo cong suat phat va buoc song SNR=n*lamda(j)*10^(-9)*10^(P_receive(i,j,k)/10)*10^(-
3)/((rate(i)*10^6/2)*6.625*10^(-34)*3*10^8);
SNR=10*log10(SNR); %ti so tin hieu tren nhieu (dBm)
BER(i,j,k)=0.5*erfc((SNR/2)^0.5); %Bit Error Ratio if ((BER(i,j,k)<=10^(-3)) & (BER(i,j,k)< BERmax(i)) &
(P_receive(i,j,k) >P_sensitivity(i,j))) %10 la do du tru cong suat(dBm))
%kiem tra thoa BER va so voi BERmax de tim to hop toi uu BERmax(i)=BER(i,j,k); P_transmit_optimize(i)=P_transmit(k);