Đang tải... (xem toàn văn)
Trong đồ án, đầu tiên em nghiên cứu về kỹ thuật FSO một cách tổng quát. Sau đó, em đi sâu tìm hiểu các vấn đề về hoạt động của một tuyến FSO trong điều kiện Việt Nam. Từ đó rút ra công thức thực nghiệm phục vụ cho việc tính toán thiết kế. 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 120mmh và rất ít sương mù, nếu có cũng rất nhẹ và thời gian ngắn. Cuối cùng là mô phỏng bằng Matlab. Đồ án được thể hiện qua các chương với nội các chương như sau: • Chương 1 trình bày nhu cầu băng thông hiện tại, xu hướng phát triển cuộc sống thông minh, vấn đề “last mile” và các hệ thống “last mile” tồn tại ở Việt Nam, giải pháp quang không dây cho vùng “last mile”. • Chương 2 Chương này giới thiệu chi tiết hơn về đặc trưng của hệ thống quang không dây như đặc điểm đường truyền trong FSO, yếu tố ảnh hưởng, đánh giá, nâng cao chất lượng tuyến quang không dây • Chương 3 Chương này trình bày về khí hậu ở Việt Nam, tính toán độ suy hao tuyến FSO thực tế có thể có tại Việt Nam, tính toán độ dự trữ công suất và BER của tuyến FSO, thiết kế và tối ưu tuyến FSO tại Đà Nẵng. Sau đó, dựa trên các thông số cho trước như độ nhạy máy thu, khoảng cách tuyến và đặc điểm kênh truyền, 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.
Mục Lục 2015 Mục Lục Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined Danh mục từ viết tắt Lời nói đầu Chương 1: KỸ THUẬT QUANG KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Nhu cầu băng thông người dùng Việt Nam 1.3 Vấn đề “last mile” giải pháp thông tin quang không gian 1.3.1 Thuật ngữ “last mile” 1.3.2 Vấn đề hệ thống last mile tồn 1.3.3 Truyền dẫn thông tin hiệu 1.4 Những giải pháp vùng last mile tồn Việt Nam 10 1.4.1 Những hệ thống có dây 10 1.4.2 Những hệ thống không dây 11 1.4.3 Vấn đề tồn hệ thống phân phát “last mile” 13 1.4.4 Giải pháp thông tin quang không dây 14 1.5 Kỹ thuật quang không dây (Free Space Optics) 15 1.5.1 Khái niệm 15 1.5.2 Các công nghệ 15 1.6 Ứng dụng FSO vào mạng viễn thông 17 1.6.1 Kết nối truy cập tới người dùng 18 1.6.2 Mạng MAN thành phố, LAN to LAN tổ chức doanh nghiệp lớn 19 1.6.3 GSM 3G 19 1.7 Kết luận 20 Chương 2: TUYẾN QUANG KHÔNG DÂY 21 2.1 Giới thiệu chương 21 2.2 Đặc điểm đường truyền FSO 21 2.2.1 Các loại suy hao môi trường truyền dẫn FSO 21 2.2.2 Ảnh hưởng thay đổi khơng khí đến chất lượng tín hiệu 23 2.3 Yếu tố ảnh hưởng, đánh giá, nâng cao chất lượng tuyến quang không dây 25 Mục Lục 2015 2.3.1 Tham số ảnh hưởng đến chất lượng tuyến truyền 25 2.3.2 Tham số đánh giá chất lượng cúa tuyến 28 2.3.3 Tham số nâng cao chất lượng tuyến 30 2.4 Lựa chọn tần số 31 2.4.1 Ảnh hưởng suy giảm khơng khí tới bước sóng 32 2.4.2 Thiết bị thu phát 32 2.4.3 Sự an toàn với mắt người 33 2.4.4 Sự thực 33 2.5 Kết luận chương 34 Chương 3: TÍNH TỐN, TỐI ƯU TUYẾN THÔNG TIN QUANG KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM 35 3.1 Giới thiệu chương 35 3.2 Khí hậu Việt Nam 35 3.3 Tính tốn độ suy hao tuyến FSO thực tế có Việt Nam 36 3.4 Tính tốn độ dự trữ cơng suất BER tuyến FSO 38 3.5 Thiết kế, tối ưu tuyến FSO Đà Nẵng 39 3.5.1 Các thông số đầu vào 39 3.5.2 Lưu đồ thuật toán 40 3.5.3 Chương trình Matlab 41 3.5.4 Kết đồ thị chương trình Matlab 44 3.5.5 Kết luận chương 45 3.5.6 Hướng phát triển đề tài 45 Tài liệu tham khảo 46 Mục Lục 2015 Danh mục hình ảnh Hình Mơ hình vấn đề last mile Hình 2.Vấn đề last mile 13 Hình Giải pháp quang không dây 14 Hình Mơ hình thu phát quang không dây 16 Hình Giao diện tuyến FSO Switch, Router, Bridge 16 Hình Vấn đề định hướng thẳng hàng thu phát quang hệ thống 17 Hình Mơ hình mạng phân phối thành phố kĩ thuật FSO 18 Hình Mơ hình tuyến nối LAN to LAN FSO 19 Hình Mơ hình mạng xương sống hệ thống thông tin di động 20 Hình 10 Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ đế tuyến FSO 22 Hình 11 Sự thay đổi khơng khí Cn2 đo San Diego, Califonia 24 Hình 12 Quan hệ phương sai tham số cấu trúc khơng khí 25 Hình 13 Điều kiện sương mù/bão tuyết Denver, Colorado 28 Hình 14 Hệ số BER khoảng cách 1,25Gb/s 29 Hình 15 Tốc độ liệu khoảng cách 29 Hình 16 Thời gian sống diode tăng theo nhiệt độ 30 Hình 17 Thời gian sống diode tăng theo nhiệt độ 31 Danh mục từ viết tắt 2015 Danh mục từ viết tắt FSO Free Space Optics BER Bit Error Rate CSMA-CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect WAN Wide Area Network LAN Local Area Network WLAN Wireless Local Area Network DSL Digital Subcriber Line OSI Open Systems Interconnection model FTTx Fiber-to-the-x PON Passive Optical Network UHF Ultra High Frequency DWDM Dense W avelength Division Multiplexing EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier APD (Si-APD) Silicon Avalanche Photodiode Lời nói đầu 2015 Lời nói đầu Trong đồ án, em nghiên cứu kỹ thuật FSO cách tổng quát Sau đó, em sâu tìm hiểu vấn đề hoạt động tuyến FSO điều kiện Việt Nam Từ rút công thức thực nghiệm phục vụ cho việc tính tốn thiết kế Sau xây dựng lưu đồ thuật tốn, ứng dụng vào việc tính tốn tuyến FSO khoảng cách 1km Đà Nẵng với điều kiện thời tiết mưa lớn 120mm/h sương mù, có nhẹ thời gian ngắn Cuối mô Matlab Đồ án thể qua chương với nội chương sau: Chương trình bày nhu cầu băng thơng tại, xu hướng phát triển sống thông minh, vấn đề “last mile” hệ thống “last mile” tồn Việt Nam, giải pháp quang không dây cho vùng “last mile” Chương Chương giới thiệu chi tiết đặc trưng hệ thống quang không dây đặc điểm đường truyền FSO, yếu tố ảnh hưởng, đánh giá, nâng cao chất lượng tuyến quang khơng dây Chương Chương trình bày khí hậu Việt Nam, tính tốn độ suy hao tuyến FSO thực tế có Việt Nam, tính tốn độ dự trữ cơng suất BER tuyến FSO, thiết kế tối ưu tuyến FSO Đà Nẵng Sau đó, dựa thơng số cho trước độ nhạy máy thu, khoảng cách tuyến đặc điểm kênh truyền, xây dựng lưu đồ thuật tốn để tính tốn tối ưu cơng suất phát, tốc độ bit, tỉ lệ lỗi bit BER bước sóng Matlab Chương 1: Kỹ thuật quang không dây 2015 Chương 1: KỸ THUẬT QUANG KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu chung Chương trình bày nhu cầu băng thơng tại, xu hướng phát triển sống thông minh, vấn đề “last mile” hệ thống “last mile” tồn Việt Nam, giải pháp quang không dây cho vùng “last mile” 1.2 Nhu cầu băng thông người dùng Việt Nam Nhu cầu sử dụng Internet dịch vụ ứng dụng Internet băng rộng Việt Nam ngày tăng Năm Số người dùng % số dân cư sử dụng Tổng băng thông kết Tổng số thuê nối nước bao băng thông (Mbps) rộng (xDSL) 2003 1.709.478 2,14 9.180 2004 4.311.336 5,29 52.705 2005 7.184.875 8,71 210.024 2006 12.911.637 15,53 516.569 2007 16.176.973 19,46 26.744 1.249.111 2008 19.774.809 23,50 34.934 1.614.819 2009 21.304.463 24,87 87.881 2.466.691 2010 23.068.441 26,89 124.517 3.042.738 2011 27194870 31.50 244861 3648207 2012 30645089 35.11 393026 4099492 2013 31304211 35.58 460374 4325995 Các ứng dụng Internet, ngồi nhu cầu thơng tin liên lạc truyền thống gửi, đọc mail, gọi điện thoại qua máy tính (VOIP), dịch vụ truyền thông Chương 1: Kỹ thuật quang không dây 2015 đa phương tiện như: tải lưu thông tin, nghe nhạc trực tuyến, xem phim trực tuyến, chơi game trực tuyến bùng nổ mạnh mẽ, đặt nhiều yêu cầu cho công nghệ Những số thống kê cho thấy tiềm lớn nghành công nghiệp nội dung số Còn với nhà cung cấp dịch vụ Internet, việc nâng cấp độ bao phủ băng rộng hay áp dụng công nghệ nhằm tăng chất lượng kết nối cần thiết Ngoài ra, đất nước ta bước vào giai đoạn phát triễn mới, có nhiều cơng ty đa quốc gia, ngân hàng thương mại lớn mạnh, bùng nỗ dịch vụ điện thoại di dộng 3G… u băng thơng đến khách hàng lớn ngày cấp bách Hiện có dịch vụ kết nối cáp quang đến quán Internet việc lắp đặt cáp quang tỏ khó khăn Nếu xét việc đào đường Thành phố Hồ Chí Minh để xây dựng hệ thống cống nước cáp ngầm ta thấy thiệt hại hàng chục tỉ đồng ngày kẹt xe Trong thị lớn, việc tìm giải pháp cho tuyến kết nối nhà cung cấp khách hàng vấn đề đáng quan tâm Với phát triển kinh tế giới tiến khoa học kĩ thuật đặc biệt lĩnh vực thông tin truyền thông làm cho đời sống người ngày văn minh Và người tiến tới giới thơng minh hơn, người trung tâm Việt Nam vận động theo xu Con người sử dụng cơng nghệ để phục vụ cho việc trao đổi thông tin điều khiển hoạt động phục vụ đời sống sản xuất Công nghệ quang không dây, với ưu điểm tốc độ truyền thông tin linh hoạt phương thức truyền không dây sớm ứng dụng vào sống 1.3 Vấn đề “last mile” giải pháp thông tin quang không gian 1.3.1 Thuật ngữ “last mile” “Last mile” kết nối cuối phân phối từ nhà cung cấp thông tin tới khách hàng Khoảng cách thực lớn dặm, đặc biệt vùng nơng thơn Nó xem thách thức lớn cho nhà cung cấp dịch vụ việc triển khai rộng khắp dây cáp dẫn nhiệm vụ khó khăn Để giải vấn đề nhằm mang lại dịch vụ tốt đến khách hàng vùng “last mile”, số công ty kết hợp Chương 1: Kỹ thuật quang khơng dây 2015 cơng nghệ khơng dây có dây với Ví dụ mạng điện thoại cố định không dây 1.3.2 Vấn đề hệ thống last mile tồn Yêu cầu truyền thông thông tin tốc độ nhanh, độ trễ thấp dung lượng cao tăng rộng khắp khiến cho việc phân phối phân phát thông tin cách kinh tế trở nên quang trọng Khi việc trao đổi thông tin tăng mạnh, cụ thể phát triển Internet, yêu cầu phương pháp truy cập tốc độ cao cho hàng triệu người dùng trở nên cấp bách Vì điều kiện thay đổi nên mạng hệ thống tồn tài trước sử dụng cho mục đích trở nên khơng phù hợp Đến nay, nhiều hướng kĩ thuật phát triển sử dụng khơng có giải pháp đơn lẻ giải triệt để vấn đề Đó vấn đề “last mile” Hình Mơ hình vấn đề last mile Một hệ thống truyền dẫn hoàn chỉnh tồn với nhiều phân cấp kênh dẫn Hệ thống có nhiều kênh dẫn mang lượng tin nhỏ qua khoảng cách ngắn tới lượng lớn điểm cuối tách biệt Những đường dẫn tiếp nhận luồng tin Chương 1: Kỹ thuật quang không dây 2015 kết hợp lại vận chuyển qua khoảng cách dài từ nhiều cổng riêng lẽ Những kênh dẫn dung lượng nhỏ, khoảng cách ngắn phục vụ cho nhóm nhỏ người dùng cuối Những đường dẫn dung lượng cao hệ thống có khả vận chuyển hiệu lượng tin qua khoảng cách dài Chỉ phần nhỏ lượng tin truyền bị mát suy hao, thất lạc Để có ta cần phải đầu tư 1chi phí lớn cho đường trục xương sống Điều kiện tương tự không cần thiết đối đường dẫn nhỏ Lí ta phải phân cấp độ hiệu cho hệ thống đường dẫn nhỏ đặt gần điểm cuối (người dùng) Mặc dù chúng nhỏ kênh tốn phí tổn cho việc lắp đặt, vận hành trì đường truyền phù hợp cho luồng liệu Các ngõ vào tài nguyên dùng cho đường nhỏ đến từ nơi gần Việc quản lí nguồn tài ngun cho thực thể địa phương nên tối ưu để đạt kết tốt Tuy nhiên hiệu hoạt động thấp chi phí lắp đặt lớn, so với dung lượng truyền khiêm tốn, nguyên nhân mà kênh dẫn nhỏ phần khó khăn chi phí lớn cho việc hồn thành hệ thống phân phối đến người dùng Tóm lại vấn đề last mile cách để phục vụ khối lượng khổng lồ người dùng nhu cầu thông tin cách kinh tế Để có đường dẫn ý muốn ta phải xem xét điều kiện để tạo đường dẫn hiệu 1.3.3 Truyền dẫn thông tin hiệu Trước xem xét đặc điểm kĩ thuật phân phát thông tin tồn tại, việc xem xét điều tạo nên phương tiện truyền dẫn hiệu quan trọng Theo lý thuyết Shannon-Hartley, dung lượng kênh xác định băng thông B tỉ số cơng suất tín hiệu nhiễu SNR Mà dung lượng kênh xác định tốc độ liệu tối đa truyền kênh Và yếu tố khoảng cách truyền mà đảm bảo tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) quan trọng Vậy phương tiện truyền dẫn “last mile” hiệu phải: Phân phát cơng suất tín hiệu, tức kênh truyền phải thích hợp với mức cơng suất tín hiệu Chương 1: Kỹ thuật quang khơng dây 2015 Suy hao thấp (ít xảy biến đổi sang dạng lượng không mong muốn) Hỗ trợ băng thông rộng Truyền dẫn với tỉ số tín hiệu nhiễu (S/N) cao, cơng suất nhiễu thấp Cung cấp nối kết linh hoạt Ngoài nhân tố này, giải pháp tốt cho vấn đề last mile phải mang lại cho người dùng: Khả sẵn sàng sử dụng độ tin cậy cao Dung lượng người dùng cao - Một đường dẫn chia sẻ nhiều người dùng phải cung cấp dung lượng cao tương ứng để hỗ trợ hợp lý người dùng Điều cho việc truyền thông tin hướng 1.4 Dung lượng yêu cầu có khả mở rộng tối đa Những giải pháp vùng last mile tồn Việt Nam 1.4.1 Những hệ thống có dây Mạng khu vực cục (LAN) Là mạng máy tính bao phủ khu vực địa lý nhỏ nhà ở, quan nhóm tịa nhà nhỏ trường học, sân bay Đặc điểm mạng LAN tương phản với mạng khu vực diện rộng WAN, bao gồm tốc độ truyền liệu cao, khu vực địa lý nhỏ không phù hợp cho đường truyền kênh riêng (lease line) Kĩ thuật Ethernet cáp xoắn đôi WLAN sử dụng phổ biến cho mạng Ethernet họ kĩ thuật mạng máy tính dựa việc truyền liệu khung, định nghĩa chuẩn dây dẫn tín hiệu cho lớp vật lý mơ hình OSI Sử dụng giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang có phát xung đột (CSMA-CD) Mặc dù mạng LAN sử dụng giao thức CSMA-CD với đặc tính đường truyền nhiều người dùng truy cập đường dẫn hạn chế tốc độ liệu khoảng cách địa lí Telephone 10 Chương 2: Tuyến quang không dây 2015 2.4.1 Ảnh hưởng suy giảm khơng khí tới bước sóng Mặc dù, khơng khí xem suốt ánh sáng nhìn thấy bước sóng dải 750nm đến 1600nm chịu hấp thụ nước (một phần khơng thể thiếu khơng khí chí điều kiện thời tiết khơ) Sự hấp thụ loại khí ( Cox,Nox ) đóng góp tạo nên suy giảm tín hiệu Tuy nhiên, ảnh hưởng bỏ qua bước sóng dài(>2000nm) Trong điều kiện sương mù, mưa nặng hạt…ảnh hưởng tán xạ Mie hạt nước nhỏ khơng khí ảnh hưởng nghiêm trọng đến truyền sóng Đây suy giảm chủ yếu so với điều kiện thời tiết khác tác động đến tất dải bước sóng 2.4.2 Thiết bị thu phát 780nm-850nm: Một số nhà sản xuất cung cấp nguồn laser công suất cao hoạt động vùng Các thiết bị laser phát bước sóng 780nm rẻ tiền, ln có thị trường có tuổi thọ cao hoạt động cơng suất lớn Ở bước sóng 850nm, laser tin cậy đặc biệt thường dùng mạng quang Các máy thu APD laser phát bề mặt tiên tiến (VCSEL) sản xuất làm việc bước sóng 1520nm-1600nm: Những bước sóng thích hợp cho việc truyền qua không gian Những thành phần thu phát sẵn sàng Và kết hợp đặc điểm suy hao thấp tạo phát triển hệ thống WDM-FSO khả thi Tuy nhiên, thiết bị đắt máy thu có độ nhạy thấp so với APD photodiode bước sóng 850nm Những bước sóng sử dụng hệ thống cáp quang nhằm giảm giá thành Đồng thời, tăng khả hoạt động thiết bị hoạt động dải Hơn bước sóng phù hợp với cơng nghệ EDFA (khếch đại quang), quan trọng cho công suất cao ( >500mW ) tốc độ cao ( >2.5GHz ) 32 Chương 2: Tuyến quang không dây 2015 2.4.3 Sự an toàn với mắt người Khi lắp đặt hệ thống thông tin quang không dây, thiết bị phát tạo chùm laser vào khu vực có người sinh sống nên đảm bảo an toàn cho mắt người trở nên quan trọng Vì đặc tính mắt người khác hai khoảng bước sóng quang chiếm ưu nên việc xem xét an toàn cho mắt đóng vai trị quang trọng tồn việc phát triển thương mại Những hệ thống hoạt động hai bước sóng 800 nm 1550 nm Những chùm laser 800nm nằm gần vùng hồng ngoại, khơng giống ánh sáng thấy được, vượt qua vùng giác mạc thủy tinh thể hội tụ thành vết nhỏ võng mạc Những bước sóng vùng nhìn thấy vùng gần hồng ngoại nằm từ 400 nm tới 1400 nm Chùm ánh sáng chuẩn trực xâm nhập vào mắt, vùng bước sóng nguy hiểm cho võng mạc, tập trung 100.000 lần đập vào võng mạc Vì võng mạc khơng có cảm giác đau ánh sáng khơng nhìn thấy khơng gây nháy mắt 800nm nên võng mạc bị hủy hoại trước nạn nhân nhận thức Tương phản với trường hợp trên, chùm laser 1550nm bị hấp thụ giác mạc thủy tinh thể nên khơng hội tụ võng mạc Có thể thiết kế để phát an tồn cho mắt hai bước sóng 800 nm 1550 nm Nhưng điều kiện kiện sinh lý mắt người, nên cơng suất laser an tồn chấp nhận 1550 nm lớn khoảng 50 lần dùng 800 nm Hệ số 50 có ý nghĩa người thiết kế hệ thống thêm công suất phát cho phép hệ thống truyến qua khoảng cách dài qua vùng có suy giảm mạnh hỗ trợ cho tốc độ liệu cao 2.4.4 Sự thực Phép đo chủ yếu giá trị hệ thống thơng tin truyền liệu băng rộng hiệu cao qua tuyến với tỉ lệ lỗi bit BER chấp nhận hay không, thường 10-9 tốt Như ta xét, công suất cho phép 1550 nm lớn 50 lần so với 800 nm Tuy nhiên hệ số khác liên quan đến khả hoạt động tuyến cần xem xét bước sóng 33 Chương 2: Tuyến quang khơng dây 2015 Thách thức có ý nghĩa hệ thống quang không dây suy hao khơng khí, đặc biệt sương mù Trong điều kiện sương mù nhẹ khói mờ, suy giảm xảy bước sóng dài Vì thiết kế tuyến thơng tin quang không dây mà khả sử dụng từ 99 % đến 99.9 % điều kiện sương mù tầm nhìn thấp, khơng chắn 1550 nm thuận lợi Đặc tính truyền khơng khí thuận lợi cho bước sóng ngắn nhiễu xạ Với đường truyền diện tích miệng phát, chùm laser bước sóng 1550nm trải rộng so với bước sóng 780nm cường độ nhận đầu thu thấp ~6dB Tuy nhiên, điều khơng có ý nghĩa thực tế mà hệ thống quang không dây phải đảm bảo thẳng hàng 2.5 Kết luận chương Những vấn đề trình bày chương cho thấy hệ thống FSO hồn tồn thực Và ứng dụng hiệu nhiều đối tương khác cho nhà cung cấp dich vụ di đông, mạng MAN thành phố, hay cho khách hàng trực tiếp muốn có dung lượng truy cập cao Tuy hệ thống FSO có nhiều vấn đề đường truyền, yêu cầu an toàn cung khả hoạt động điều kiện xấu Nhưng yếu tố giải Nếu thiết kế, chon thiết bị thơng số hợp lí đem lại kết khả quan Chương trình bày kĩ yếu tố cần thiết tính tốn thiết kế tuyến FSO 34 Chương 3: Tính tốn, tối ưu tuyến thơng tin quang 2015 khơng dây ứng dụng điều kiện khí hậu Việt Nam Chương 3: TÍNH TỐN, TỐI ƯU TUYẾN THƠNG TIN QUANG KHƠNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM 3.1 Giới thiệu chương Chương trình bày khí hậu Việt Nam, tính tốn độ suy hao tuyến FSO thực tế có Việt Nam, tính tốn độ dự trữ cơng suất BER tuyến FSO, thiết kế tối ưu tuyến FSO Đà Nẵng Dựa thông số cho trước độ nhạy máy thu, khoảng cách tuyến đặc điểm kênh truyền, xây dựng lưu đồ thuật toán để tính tốn, tối ưu cơng suất phát, tốc độ bit, tỉ lệ lỗi bit BER bước sóng Matlab 3.2 Khí hậu Việt Nam Lãnh thổ Việt Nam nằm trọn vùng nhiệt đới, nằm rìa phía Đông Nam phần châu Á lục địa, giáp với biển Đông nên chịu ảnh hưởng trực tiếp kiểu khí hậu gió mùa Hiện tượng khí hậu chủ yếu 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 Nam Trung Bộ Miền Bắc Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với bốn mùa xuân, hè, thu, đông rõ rệt Mùa xuân miền Bắc tháng hết gần tháng Mùa hè từ tháng đến tháng 9, vào mùa nhiệt độ ngày nóng mưa nhiều Tháng nóng thường vào tháng Tháng đến tháng tháng có mưa nhiều năm Mùa thu vỏn vẹn hai tháng 10 Thu miền Bắc trời xanh, khơng khí mát mẻ Mùa đông thường vào tháng 11 đến tháng năm sau, mùa khí hậu lạnh hanh khơ Miền Nam Việt Nam gồm khu vực Tây Nguyên Nam Bộ Miền có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với hai mùa: mùa khơ mùa mưa (mùa mưa từ tháng 4-5 đến tháng 10-11, mùa khô từ tháng 12 đến hết tháng năm sau) Quanh năm, nhiệt độ miền cao Khí hậu miền biến động nhiều năm 35 Chương 3: Tính tốn, tối ưu tuyến thơng tin quang 2015 khơng dây ứng dụng điều kiện khí hậu Việt Nam Khí hậu miền Trung Việt Nam chia làm hai vùng khí hậu Bắc Trung Bộ vùng khí hậu Duyên Hải Nam Trung Bộ Vùng Bắc Trung Bộ vùng Bắc đèo Hải Vân, mùa đơng bị ảnh hưởng gió mùa Đơng Bắc cộng thêm bị dãy núi Trường Sơn tương đối cao phía Tây ( dãy Phong Nha - Kẽ Bàng) phía Nam (tại đèo Hải Vân dãy Bạch Mã chắn cuối hướng gió mùa Đơng Bắc Nên vùng thường lạnh nhiều vào Đơng thường kèm theo mưa nhiều, gió mùa thổi theo hướng Đông Bắc mang theo nước từ biển vào, khác biệt với thời tiết khô hanh miền Bắc mùa đông Về mùa Hè, lúc khơng cịn nước nên gió mùa Tây Nam gây thời tiết khơ nóng (có tới > 40 °C, độ ẩm khơng khí thấp), gió gọi gió Lào Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ vùng đồng ven biển Nam Trung Bộ phía Nam đèo Hải Vân nóng quanh năm Điều kiện sương mù: sử dụng kĩ thuật FSO Việt Nam khơng ảnh hưởng nhiều sương mù Tại khu vực miền Bắc số ngày có sương mù nhiều hơn, sương mù không nặng tồn thời gian ngắn Tại tỉnh thành phố phía Nam, nơi đô thị phát triển ca nước gần khơng có sương mù Bởi khí xét việc ứng dụng FSO cho số tuyến kết nối ta không cần quan tâm nhiều đến điều kiện sương mù 3.3 Tính tốn độ suy hao tuyến FSO thực tế có Việt Nam Như xem xét từ trước tia hồng ngoại ánh sáng truyền qua khơng khí bị ảnh hưởng hấp thụ tán xạ phần tử khơng khí hạt chất lỏng rắn Việc truyền ánh sáng mơi trường khơng khí mơ tả định luật Beer Lamber: ( , L ) P ( , L ) exp[ ( ) L )] P ( ,0) Trong đó: - ( ) hàm truyền tổng cộng khơng khí bước sóng - p( , L) cơng suất tín hiệu khoảng cách L từ phát 36 Chương 3: Tính tốn, tối ưu tuyến thơng tin quang 2015 khơng dây ứng dụng điều kiện khí hậu Việt Nam - p( ,0) công suất phát - () hệ số suy hao tổng cộng đơn vị chiều dài Hệ số suy hao tổng cộng bao gồm thành phần suy hao tán xạ hấp thụ Nhìn chung điều kiện Việt Nam tổng thành phần sau: () = mưa( ) + ( ) với: - mưa( ) suy hao hấp thụ mưa - ( ) suy hao tán xạ nói chung ( khơng kể đến sương mù) Để tính suy hao mưa gây ta dùng cơng thức CARBONNEAU sau: mưa( ) = 1,076*R0,67 (dB/km) Để tính suy hao tán xạ nói chung (khơng phải sương mù) ta dùng cơng thức từ cơng trình nghiên cứu P.W Kruse I.I KIM 3,912 nm () = V 550 q Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy giá trị hệ số q cho theo độ phân bố kích thước hạt cho theo cơng thức: 1.6, 1.3, = 0.16 + 0.34, ⎨ − 0.5, ⎪ ⎩ 0, ⎧ ⎪ > 50 < < 50 < SNR = r B.hc ; ( hiệu suất lượng tử thu quang(với tách sóng vật liệu CCD >90%) Tỉ lệ lỗi bit: BER = erfc( 1/2 SNR / ) Vậy ta khảo sát khí hậu Việt Nam công thức để xác định độ suy hao, đồng thời đưa tham số tính tốn đánh giá chất lượng tuyến FSO 38 Chương 3: Tính tốn, tối ưu tuyến thông tin quang 2015 không dây ứng dụng điều kiện khí hậu Việt Nam 3.5 Thiết kế, tối ưu tuyến FSO Đà Nẵng 3.5.1 Các thông số đầu vào Dựa thơng tin có được, ta xây dựng thuật tốn tìm phương án tối ưu cho tuyến quang điều kiện Đà Nẵng Thông số đầu vào là: - Khoảng cách tuyến FSO: 1km - Mưa: 120mm/h - Độ nhạy(photon/bit): 88303 Các yếu tố kiểm tra cho đường truyền chất lượng tốt là: - Công suất phát : (10dBm - 20dBm) - Tốc độ truyền : 2,048Mbps, 100Mbps, 155Mbps, 625Mbps, 1Gbps, 1,25Gbps - Bước sóng : 830nm - 1550nm 39 Chương 3: Tính tốn, tối ưu tuyến thơng tin quang 2015 khơng dây ứng dụng điều kiện khí hậu Việt Nam 3.5.2 Lưu đồ thuật toán Start Nhập liệu đầu vào (khoảng cách link, lượng mưa, độ nhạy photon/bit Tính tầm nhìn (visibility) hệ số q vịng lặp quét tốc độ bước sóng khả dụng Tính độ nhạy máy thu suy hao tổng Vịng lặp quét giá trị công suất khả dụng P-re>P-sen+Margin BER=100) visibility=-3.375*rain+1040; end if (rain>=50 && rain=25 && rain=12.5 && rain=2.5 && rain6000 && visibility1000 && visibility500 && visibility