LỜI MỞ ĐẦU:
Bước sang thế kỷ của sự phát triển với tốc độ nhanh chóng của công nghệ thông tin. Sự
bùng nổ và phát triển không ngừng của Internet làm gia tăng nhu cầu về lưu lượng mạng,
tốc độ truyền tin và tính bảo mật của hệ thống. Điều đó làm cho thông tin xử lý ngày
càng nhiều, khối lượng thông tin truyền dẫn cũng tăng lên đáng kể. Cùng với xu thế đó,
các công nghệ truyền dẫn cũng phát triển mạnh mẽ: từ việc truyền dẫn tín hiệu điện bằng
cáp đồng, đến việc dùng sóng điện từ để truyền tin như các hệ thống viba số, hệ thống
thông tin di động, hệ thống thông tin bằng vệ tinh và đến ngày nay đã cho phép sử dụng
ánh sáng để truyền thông tin. Đặc biệt truyền thông quang tốc độ cao đã và đang đóng vai
trò hết sức quan trọng trong mạng viễn thông, truyền thông quang được chia thành 2 loại:
truyền thông quang qua sợi quang và truyền thông quang qua không gian (FSO – Free
Space Optics).
Các hệ thống truyền thông quang sử dụng sợi quang hiện nay có khả năng truyền
tải với dung lượng lớn, kết nối nhiều người dùng và cung cấp nhiều loại dich vụ như
thoại, fax, hình ảnh, số liệu… Cùng có khả năng truyền dẫn tốc độ cao, nhưng các hệ
thống FSO dễ dàng lắp đặt, di chuyển hoặc thiết lập lại cấu hình mạng khi cần. FSO có
độ an toàn cao vì sử dụng thông tin tầm nhìn thẳng (line-of-sight), đồng thời với sự phát
triển kinh tế, cơ sở hạ tầng, các công trình giao thông công cộng cũng phát triển, những
nơi mà công trình viễn thông khó triển khai thì FSO rất đơn giản, kinh tế và thích hợp
hơn.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ FSO
Trong phần giới thiệu chúng ta đã đề cập những lợi ích của hệ thống FSO như tính kinh
tế,thích hợp với những nơi có cơ sở hạ tầng khó triển khai các hệ thống truyền thông tin
khác.Trong chương này ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về các đặc điểm,đặc tính của hệ thống.
1.Giới thiệu:
Free Space Optics(FSO) hay còn được gọi là Free Space Photonics(FSP) hoặc Optical
Wireless là kỹ thuật truyền dẫn điều chế ánh sáng truyền lan trong không khí để trao đổi
thông tin giữa hai điểm.Giống với thông tin sợi quang,hệ thống quang không dây sử dụng
lasers để truyền dữ liệu nhưng thay vì truyền trong sợi dữ liệu sẽ được truyền qua không
khí.
2.Lịch sử:

3.1.1.Phần phát:
Phần phát có chức năng chính là điều chế dữ liệu trên sóng mang quang sau đó phát xạ nó
qua kênh truyền không khí tới phía thu.Phía phát thực hiện biến đổi tín hiệu điện đầu
vào thành tín hiệu quang tương ứng và phát tín hiệu quang này vào sợi quang để thực
hiệnviệc truyền thông tin.Máy phát thực hiện điều chế nguồn quang (LED hoặc LD)
bằng dòng tín hiệu điện (digital hoặc analog) cần truyền. Tức là, công suất quang ra
tỷ lệ tuyến tính với dòng điều biến Kiểu điều chế này gọi là điều chế cường độ IM
(Intensity Modulation) .
Modulator: Biến đổi dữ liệu ban đầu về dạng phù hợp (ví dụ như: biến đổi tín hiệu
ngõ vào song song về dạng mã thông dụng NRZ dạng nối tiếp và sửa dạng tín hiệu) cung
cấp cho khối kích thích điều khiển dòng phân cực cho LASER/LED.
Driver circuit: có chức năng biến đổi nguồn ở dạng điện áp từ khối Modulator về
dạng dòng điện cung cấp dòng phân cực cho LASER.
Optical Source: Thiết bị phát phải có công suất lớn, đảm bảo an toàn với mắt
người Thiết bị thường sử dụng là LED/Laser Diode (LD) có công suất phù hợp với điều
kiện cụ thể tránh gây tổn hại đến người sử dụng (thường công suất ngõ ra của Laser thấp
hơn 50mW).Trong đó Laser Diode được sử dụng rộng rãi hơn vì so với LED, LASER có
góc phát quang nhỏ hơn, đồng thời công suất phát quang lớn hơn, do đó mật độ năng
lượng ánh sáng do laser phát ra lớn hơn rất nhiều so với LED và năng lượng ánh sáng
được tập trung. LD phát chùm ánh sáng cường độ cao dựa trên dòng ngưỡng đầu vào,
hoạt động phụ thuộc nhiệt độ T.
Transmit telescope:Thường sử dụng một thấu kính nhỏ và đặt luồng laser ngay tại
tiêu điểm của hệ thống. Thấu kính này sẽ thu gọn và phát xạ trực tiếp luồng quang về
phía thấu kính đặt ở phía thu.
3.1.2 Phần thu
Sóng tín hiệu quang được phát đi từ phía phát sau khi tới bộ thu quang được biến đổi
thành tín hiệu điện (nhờ photodiode), được khuếch đại và khôi phục thành tín hiệu có
dạng như ở đầu vào thiết bị phát quang. Photodiode (O/E) thực hiện tách sóng theo luật
bình phương vì nó biến đổi công suất quang thu được trực tiếp thành dòng điện (dòng
photo) tại đầu ra của nó.Bộ thu kiểu này được gọi là bộ thu tách sóng trực tiếp (DD).

(105Hz), nên không cần phải lo lắng về quĩ băng thông. Tốc độ của hệ thống
trung bình từ 100 Mbps đến 1.25 Gbps và có thể đạt tới 160 Gbps (trong phòng
thí nghiệm), điểm này thích hợp cho mạng LAN và WLAN. Chùm sáng hẹp nên
công suất phát được tập trung và các tuyến FSO không ảnh hưởng lẫn nhau
(không bị ảnh hưởng bởi fading đa đường)
[3][4]

Một điều đáng chú ý nữa đối với hệ thống truyền tin không dây là việc đăng kí tần
số hoạt động. Việc đăng ký này nhằm mục đích quản lý tần số và tránh gây nhiễu
cho các hệ thống khai thác cùng loại. Nhưng đối với FSO, việc đăng kí tần số là
không cần thiết, vì vậy tránh được một loạt các thủ tục phức tạp.

Khả năng triển khai và lắp đặt: Ngày nay với sự phát triển không ngừng, ngày
càng có nhiều đô thị và thành phố lớn mọc lên. Tại những nơi này có cơ sở hạ
tầng phát triển như: đường cao tốc, tàu điện ngầm…thì việc triển khai một mạng
cáp trong cự ly tương đối ngắn thật không dễ dàng. Nhưng với FSO thì việc đó
tương đối dễ dàng và nhanh chóng, có thể lắp đặt hệ thống trong vòng một giờ
với điều kiện điểm thu và phát phải nhìn thấy nhau.

Chi phí cho việc triển khai và lắp đặt: thấp hơn so với các hệ thống khác vì FSO
kế thừa các nguồn thu phát của hệ thống thông tin sợi quang, có thể truyền và
nhận tín hiệu thông qua cửa sổ, có thể gắn kết các hệ thống FSO bên trong tòa nhà
vì vậy giảm bớt không gian và đơn giản hóa dây và cáp
[1]

Tính tương thích: FSO tương thích với hầu hết các chuẩn truyền dữ liệu hiện nay
như Ethernet, T1, E1, STM-N …cho phép truyền trong suốt các dữ liệu, các ứng
dụng. Đối với việc quản lý, bảo dưỡng hệ thống cũng không đòi hỏi tính kỹ thuật
cao
[4]

1.1.3.3 So sánh với các công nghệ khác
Mỗi hệ thống truyền dẫn (không dây hoặc có dây) đều có những đặc trưng riêng
của mình, kể cả ưu điểm và nhược điểm. Trong nhiều trường hợp, việc đưa ra những so
sánh để lựa chọn các hệ thống cho phù hợp với các mục đích sử dụng là điều không dễ
dàng và không thể tránh khỏi. Để so sánh các hệ thống truyền dẫn với nhau, ta đánh giá
dựa trên các tiêu chí về kỹ thuật cũng như thương mại. Giá cả là điều quan tâm đối với
tính thương mại hóa của một hệ thống cũng như một công nghệ nào đó. Về mặt kỹ thuật,
ta xét đến tốc độ truyền dẫn, thời gian lắp đặt, trình độ công nhân lắp đặt, quá trình bảo
dưỡng, khả năng khai thác trên mạng hiện có, mức độ bảo mật và các ưu khuyết điểm nếu
có.
Nhiễu trong hệ thống FSO
Cũng như các hệ thống thông tin khác, hệ thống FSO cũng tồn tại nhiều loại nhiễu
khác nhau. Nhiễu là một trong những yếu tố quan trọng góp phần làm giảm chất lượng
của hệ thống, bao gồm:
− Nhiễu nền (background noise)
− Nhiễu nhiệt (Thermal noise)
− Nhiễu bắn (Shot noise): nhiễu dòng tối (Dark current noise) và nhiễu
lượng tử (Quantum noise)
− Ngoài ra, còn có một số loại nhiễu khác: nhiễu ASE khi hệ thống sử dụng
bộ khuếch đại, nhiễu vượt mức (Excess noise) đối với bộ tách sóng là
APD…
1.4.1 Nhiễu nền (Background noise)
[1]
Nhiễu nền là nhiễu do môi trường khí quyển sinh ra. Nó sinh ra do cả hai trường
hợp bức xạ bầu trời (là nguồn được mở rộng – Extended source) và bức xạ mặt trời (là
nguồn được khoanh vùng – localised source). Bức xạ nền từ các vật thể không gian khác
(như các ngôi sao) và các bức xạ nền bị phản xạ được giả định là yếu, không đáng kể đối
với tuyến FSO đang xét (tuyến FSO mặt đất), tuy nhiên chúng cũng đóng góp đáng kể
vào nhiễu nền trong các hệ thống FSO không gian bên ngoài khí quyển.
Độ rọi bức xạ (Irradiance) hay còn được gọi là cường độ (Intensity) là các thuật

Ω
: là FOV bộ thu (rad)
λ
λ
∆= .WI
Sun
(1.7)
Trong đó: I
Sun
: là cường độ trường hợp nguồn được khoanh vùng (W/m
2
)
λ
W
: là phổ độ rọi bức xạ (spectral radiation emittance) (W/m
2
.nm)
λ
∆
: là độ rộng băng của bộ BPF quang tại bộ thu (nm)
Bằng việc chọn lựa cẩn thận một bộ thu với một FOV và
λ
∆
hẹp thì tác động của
nhiễu nền có thể được giảm thiểu đáng kể. Bộ BPF quang phía trước bộ thu hoặc thấu
kính có
λ
∆
< 1nm là giá trị có thể sử dụng thực tế hiện nay. Các giá trị thực nghiệm của
λ

λ
(W/cm
2
m
µ
)
T: là nhiệt độ (
o
K)
λ
: là bước sóng được xét (
m
µ
)
C
1
= 37,418 và C
2
= 14,388 khi diện tích vùng được xét tính theo
cm
2
Nhiễu nền (background noise) cũng là một dạng của nhiễu bắn (Shot noise) và
được thống kê theo dạng Gaussian có phương sai
2
Bg
σ
của nó được cho bởi biểu thức:
( )
SunSkyBg
IIeBR

(Js)
c: là vận tốc ánh sáng, c = 3.10
8
(m/s)
Đối với hệ thống FSO ta đang xét thì nhiễu do bức xạ mặt trời là nhiễu ta cần xem
xét. Khi đó, biểu thức 1.9 có thể được biểu diễn lại bởi biểu thức (1.10):
SunBg
eBRI2
2
=
σ
(1.10)
1.4.2 Nhiễu bắn (Shot noise)
[12]

Nhiễu bắn được xem là tổng hợp của nhiễu lượng tử (Quantum noise) và nhiễu
dòng tối (Dark current noise)
1.4.2.1 Nhiễu lượng tử (Quantum noise)
Nhiễu lượng tử sinh ra do sự va đập giữa các hạt photon trong quá trình tạo ra
dòng photon (dòng điện ở ngõ ra của photodiode ứng với công suất quang tới). Nhiễu
lượng tử thường được thống kê dạng Gaussian có trị trung bình bằng 0 và phương sai
2
q
σ
:
( )
MFMeBI
pq
22
2

B: là băng thông của bộ thu (Hz)
M: là hệ số nhân thác lũ của APD
F(M): là hệ số nhiễu của APD
1.4.3 Nhiễu nhiệt (Thermal noise)
Nhiễu nhiệt là nhiễu gây ra do điện trở tải của diode thu quang cũng như trở
kháng đầu vào của bộ tiền khuếch đại.
L
t
R
KTB4
2
=
σ
(1.13)
Trong đó: K: là hằng số Boltzmann, K = 1,38.10
-23
J/
o
K
T: là nhiệt độ (
o
K), T =
o
C + 273
R
L
: điện trở tải ở nhiệt độ T (
Ω
)
B: là bề rộng băng (Hz)