Tóm tắt Luận án Tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống truyền thông quang không dây

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG<br /> HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG<br /> <br /> IT<br /> <br /> PHẠM THỊ THÚY HIỀN<br /> <br /> PT<br /> <br /> NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ<br /> THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG KHÔNG DÂY<br /> <br /> IL<br /> C<br /> <br /> Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông<br /> Mã số: 62.52.02.08<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN S Ĩ KỸ THUẬT<br /> <br /> Hà Nội - 2016<br /> <br /> Công trình hoàn thành tại:<br /> HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> 1. PGS.TS. Bùi Trung Hiếu<br /> <br /> PT<br /> <br /> IT<br /> <br /> 2. TS. Vũ Tuấn Lâm<br /> <br /> Phản biện 1: PGS.TS. Trương Vũ Bằng Giang<br /> Phản biện 2: PGS.TS. Hồ Quang Quý<br /> <br /> IL<br /> C<br /> <br /> Phản biện 3: PGS.TS. Đỗ Trọng Tuấn<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp tại:<br /> HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG<br /> vào hồi: 8 giờ 30, ngày 25 tháng 11 năm 2016<br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> 1. Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> 2. Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông<br /> <br /> 1<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> <br /> IL<br /> C<br /> <br /> PT<br /> <br /> IT<br /> <br /> Truyền thông quang không dây là công nghệ sử dụng sóng mang<br /> quang để truyền tải số liệu qua không gian. Các ưu điểm mà hệ thống<br /> truyền thông quang không dây có được bao gồm tốc độ truyền bit cao,<br /> không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ, không yêu cầu xin cấp phép tần số,<br /> triển khai nhanh và linh hoạt, chi phí hiệu quả. Truyền thông quang không<br /> dây đang nổi lên như là một công nghệ có thể phát triển cho các ứng dụng<br /> không dây băng rộng trong nhà và ngoài trời cho truyền thông tương lai.<br /> Các hệ thống truyền thông quang không dây (FSO – Free Space<br /> Optics) ngoài trời chỉ sử dụng các kết nối LOS (Line of Sight) trực tiếp từ<br /> bộ phát đến bộ thu. Do cự ly truyền dẫn xa, chịu ảnh hưởng nhiều của môi<br /> trường truyền dẫn ngoài trời nên việc triển khai hệ thống FSO vẫn còn hạn<br /> chế. Để có thể đáp ứng yêu cầu truyền thông băng rộng, cự ly xa; hệ thống<br /> FSO cần vượt qua các thách thức đến từ những ảnh hưởng của môi trường<br /> không gian tự do như suy hao truyền dẫn lớn và phụ thuộc môi trường, thời<br /> tiết; sự thăng giáng cường độ tín hiệu và phân cực tín hiệu do các ảnh<br /> hưởng của nhiễu loạn không khí và sự lệch hướng. Ngoài ra còn có các ảnh<br /> hưởng của nhiễu và tạp âm tại các bộ phát/thu. Do ảnh hưởng của các yếu<br /> tố nêu trên, hiệu năng của các hệ thống FSO còn bị hạn chế khi truyền dẫn<br /> số liệu tốc độ cao, cự ly xa.<br /> Mục tiêu chính mà luận án hướng tới là nghiên cứu tìm kiếm các giải<br /> pháp cải thiện hiệu năng hệ thống truyền thông quang không dây dưới ảnh<br /> hưởng của môi trường truyền dẫn khí quyển (suy hao, nhiễu loạn…) và các<br /> loại nhiễu. Để đạt được mục tiêu chính này, luận án phải xây dựng được<br /> mô hình giải tích để mô hình hóa kênh truyền khí quyển và khảo sát hiệu<br /> năng hệ thống truyền thông quang không dây sử dụng các kỹ thuật cải thiện<br /> hiệu năng đã đề xuất.<br /> Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống truyền thông quang<br /> không dây và hiệu năng của hệ thống này. Phạm vi nghiên cứu giới hạn với<br /> các hệ thống truyền thông quang không dây ngoài trời. Đồng thời, các hệ<br /> thống được nghiên cứu trong kịch bản truyền thông đơn hướng. Tham số<br /> <br /> 2<br /> <br /> hiệu năng của hệ thống được đánh giá, khảo sát trong luận án này là tỉ số<br /> tín hiệu trên nhiễu và tỉ lệ lỗi bit.<br /> Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nêu trên, các nhiệm vụ nghiên cứu<br /> trong quá trình thực hiện luận án được xác định bao gồm: (1) nghiên cứu<br /> tổng quan về FSO, (2) đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống<br /> FSO và (3) kiểm chứng các giải pháp đã đề xuất. Phương pháp nghiên<br /> cứu được sử dụng trong luận án là nghiên cứu lý thuyết dựa trên mô hình<br /> giải tích với các công cụ toán học kết hợp với mô phỏng.<br /> Luận án được bố cục thành bốn chương nội dung như sau:<br /> Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu<br /> <br /> IT<br /> <br /> Chương 2: Mô hình kênh truyền thông quang không dây<br /> Chương 3: Các giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống FSO điểm-điểm<br /> <br /> PT<br /> <br /> Chương 4: Đề xuất mô hình và giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống<br /> FSO điểm-đa điểm<br /> CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU<br /> <br /> IL<br /> C<br /> <br /> 1.1 HỆ THỐNG FSO<br /> <br /> Sơ đồ khối của một tuyến FSO được thể hiện trên hình 1.1.<br /> Bộ phát<br /> <br /> Thấu kính<br /> phát<br /> <br /> Kênh truyền FSO<br /> <br /> Hấp thụ<br /> Tán xạ<br /> <br /> Bộ thu<br /> Thấu kính<br /> thu<br /> <br /> Nhiễu<br /> <br /> loạn Nhiễu<br /> <br /> bức xạ<br /> nền<br /> <br /> Bộ lọc<br /> quang<br /> <br /> Nguồn quang<br /> (LED/LASER )<br /> <br /> Bộ tách<br /> sóng quang<br /> Số liệu<br /> phát<br /> <br /> Bộ<br /> điều chế<br /> <br /> Xử lý<br /> sau tách sóng<br /> <br /> Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ thống FSO<br /> <br /> Số liệu<br /> khôi phục<br /> <br /> 3<br /> <br /> IT<br /> <br /> Bộ phát có nhiệm vụ chính là điều chế dữ liệu băng gốc thành tín hiệu<br /> quang sau đó truyền qua không gian tới bộ thu. Phương thức điều chế được<br /> sử dụng rộng rãi tại bộ phát là điều chế cường độ (IM), trong đó cường độ<br /> phát xạ của nguồn quang được điều chế bởi số liệu cần truyền đi. Ánh sáng<br /> từ nguồn quang được tập hợp bởi một thấu kính và phát trực tiếp qua không<br /> gian đến phía thu. Kênh truyền FSO chứa các phân tử khí, các hạt bụi, khói<br /> và có những hình thái thời tiết khác nhau như mưa, sương mù,… và là một<br /> môi trường không đồng nhất, trường quang khi truyền qua bầu khí quyển sẽ<br /> bị tán xạ hoặc bị hấp thụ dẫn đến suy giảm công suất. Một điểm quan trọng<br /> khác của kênh truyền FSO là tính nhiễu loạn. Các phần tử chính trong bộ<br /> thu bao gồm phần tử thu tín hiệu quang, bộ lọc thông dải quang, bộ tách<br /> sóng quang và mạch xử lý tín hiệu.<br /> 1.2 CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG<br /> <br /> Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR<br /> Tỉ lệ lỗi bit BER<br /> Dung lượng kênh C<br /> Xác suất dưới ngưỡng<br /> <br /> PT<br /> <br /> -<br /> <br /> IL<br /> C<br /> <br /> 1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG<br /> <br /> Sương mù<br /> Sự nhấp nháy<br /> Sự lệch hướng thu – phát<br /> Nhiễu trong hệ thống FSO<br /> <br /> 1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN<br /> <br /> 1.4.1 Các công trình nghiên cứu trong nước<br /> Ở Việt Nam số lượng các kết quả nghiên cứu về các vấn đề liên quan<br /> đến hệ thống FSO còn rất hạn chế.<br /> 1.4.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới<br /> 1.4.2.1 Các nghiên cứu về mô hình hóa kênh FSO<br /> Tính toán các ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu, bao gồm: Tổn<br /> hao hình học do sự phân kỳ của búp sóng quang khi lan truyền qua khí<br /> quyển; Tổn hao lệch hướng là một dạng tổn hao hình học bắt nguồn từ sự<br /> lệch hướng giữa bộ phát và bộ thu; Tổn hao khí quyển bắt nguồn từ hai<br /> <br />