BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

PHẠM THỊ THÚY HIỀN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU
NĂNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG
KHÔNG DÂY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2016


HỌC VIỆN
CÔNG NGHỆ
BƯU
CHÍNHTHÔNG
VIỄN THÔNG
BỘ THÔNG
TIN VÀ
TRUYỀN
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

PHẠM THỊ THÚY HIỀN
PHẠM THỊ THÚY HIỀN

NGHIÊN
CỨU
GIẢI
PHÁP

(DỰ THẢO)
LUẬN ÁN TIẾN
SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS.
Bùi
Trung
Hiếu HỌC
NGƯỜI
HƯỚNG
DẪN
KHOA
2.1.TS.
Vũ Tuấn
PGS.TS.
BùiLâm
Trung Hiếu
2. TS. Vũ Tuấn Lâm
Hà Nội - 10/2015
Hà Nội - 2016


i

LỜI CAM ĐOAN
Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính mình.
Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất
cứ công trình của bất kỳ tác giả nào khác. Tất cả các kế thừa của các tác giả khác đã
được trích dẫn.

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ii
MỤC LỤC ............................................................................................................................iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ............................................................................................... x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................ xiv
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ xvii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................................. 6
1.1 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG KHÔNG DÂY ................................... 6

1.1.1 Bộ phát ..............................................................................................7
1.1.2 Kênh truyền dẫn khí quyển ...............................................................8
1.1.3 Bộ thu..............................................................................................10
1.2 CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO ......................... 12
1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO ............... 13
1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN . 15

1.4.1 Các công trình nghiên cứu trong nước ...........................................15
1.4.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới .........................................16
1.4.2.1 Các nghiên cứu về mô hình hóa kênh FSO...........................16
1.4.2.2 Các nghiên cứu về đánh giá hiệu năng hệ thống FSO .........18
1.4.2.3 Các nghiên cứu về giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống
FSO ...................................................................................................18
1.5 NHẬN XÉT VỀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC TÁC GIẢ KHÁC
VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ........................................................ 26

1.5.1 Nhận xét về công trình nghiên cứu của các tác giả khác ................26
1.5.2 Hướng nghiên cứu của luận án .......................................................27


PHÁP KẾT HỢP ........................................................................................................ 75

3.4.1 Mô hình hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng M-PPM và SIMO ....77
3.4.2 Hiệu năng hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng M-PPM và SIMO..77


v

3.4.2.1 Xác suất lỗi ký hiệu trong trường hợp sử dụng bộ kết hợp
EGC ...................................................................................................77
3.4.2.2 Xác suất lỗi ký hiệu trong trường hợp sử dụng bộ kết hợp
MRC ..................................................................................................79
3.4.2.3 Tỷ lệ lỗi bit BER ....................................................................80
3.4.3 Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống FSO chuyển tiếp M-PPM và
SIMO .......................................................................................................81
3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ..................................................................................... 84
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH VÀ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ
THỐNG FSO ĐIỂM-ĐA ĐIỂM.......................................................................................... 85
4.1 HỆ THỐNG FSO ĐIỂM-ĐA ĐIỂM .................................................................... 85
4.2 CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO/CDMA SỬ DỤNG MWPPM ..... 87

4.2.1 Kỹ thuật điều chế MWPPM............................................................88
4.2.2 Mô hình hệ thống FSO/CDMA sử dụng MWPPM ........................89
4.2.3 Hiệu năng hệ thống FSO/CDMA sử dụng MWPPM .....................90
4.2.4 Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống FSO/CDMA sử dụng
MWPPM ..................................................................................................93
4.3 CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO/CDMA SỬ DỤNG CHUYỂN
TIẾP............................................................................................................................ 97

4.3.1 Mô hình hệ thống FSO/CDMA chuyển tiếp...................................98

Amplify-and-Forward

Khuếch đại và chuyển tiếp

APD

Avalanche Photodiode

Đi-ốt quang thác

ASE

Amplified Spontaneous Emission

Nhiễu phát xạ tự phát được khuếch đại

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu Gauss trắng cộng

BDF

Bit Detect-and-Forward

Tách và chuyển tiếp mức bit

BER


Channel State Information

Thông tin trạng thái kênh

DetF

Detect-and-Forward

Tách và chuyển tiếp

DF

Decode-and-Forward

Giải mã và chuyển tiếp

DPIM

Digital Pulse Intensity Modulation

Điều chế cường độ xung số

EDFA

Erbium-Doped Fiber Amplifier

Khuếch đại quang pha tạp Erbium

EGC


Truyền thông quang không dây

IM

Intensity Modulation

Điều chế cường độ

IR

Infrared

Hồng ngoại

ISI

Inter Symbol Interference

Nhiễu liên ký hiệu

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

LD

Laser Diode


Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MISO

Multiple-Input Single-Output

Nhiều đầu vào một đầu ra

MPPM

Multi-pulse
Modulation

Điều chế vị trí xung đa xung

MRC

Maximal-Ratio Combining

MW-PPM

Multiwavelength
Modulation

MZI

Mach–Zehnder Interferometer

I


ix

OPPM

Overlapped
Modulation

Pulse

Position

Điều chế vị trí xung chồng lấn

P
PAM

Pulse-Amplitude Modulation

Điều chế biên độ xung

PAPR

Peak-to-Average Power Ratio

Tỉ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình

PD

Photodiode


SIM

Subcarrier Intensity Modulation

Điều chế cường độ sóng mang con

SIMO

Single-Input Multiple-Output

Một đầu vào nhiều đầu ra

SISO

Single-Input Single-Output

Một đầu vào một đầu ra

SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

Visible Light Communication

Truyền thông ánh sáng nhìn thấy

Wavelength-Hopping/TimeSpreading

At(t)

Biên độ trường quang của xung Gauss ở phía phát

Ar(t)

Biên độ trường quang nhận được ở phía thu

B

Số ký hiệu khi sử dụng Ws-M-MWPPM

Be (f)

Băng thông hiệu dụng của bộ thu

B0

Băng thông quang

Cn2

Tham số cấu trúc chỉ số khúc xạ

ds,r

Khoảng cách giữa nút nguồn và nút chuyển tiếp

dr,d


gt

Trọng số bậc thứ t của đa thức Hermite

h

Tham số trạng thái kênh

hl

Hệ số kênh đặc trưng cho ảnh hưởng của tổn hao

hla

Hệ số kênh phản ánh tổn hao đường truyền

hlb

Hệ số kênh phản ánh tổn hao do dãn xung

hp

Hệ số kênh phản ánh tổn hao hình học và lệch hướng

ha

Hệ số kênh phản ánh nhiễu loạn khí quyển

hd