Luận án: Nghiên cứu giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống truyền thông quang không dây (Phạm Thị Thúy Hiền)

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 BỘ THÔNG BƯU TIN VÀ CHÍNHTHÔNG TRUYỀN VIỄN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG PHẠM THỊ THÚY HIỀN PHẠM THỊ THÚY HIỀN NGHIÊN NGHIÊN CỨU CỨU GIẢI GIẢI PHÁP PHÁP CẢICẢI THIỆN THIỆN HIỆU HIỆU NĂNG HỆ NĂNG THỐNGHỆ THỐNGTHÔNG TRUYỀN TRUYỀN THÔNG QUANG QUANG KHÔNG DÂY KHÔNG DÂY Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số:Kỹ Chuyên ngành: 62.05 thuật Viễn thông Mã số: 62.08 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT (DỰ THẢO) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. NGƯỜI HƯỚNG Bùi DẪNTrung Hiếu HỌC KHOA 2. BùiLâm Trung Hiếu 2. 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. Người cam đoan Phạm Thị Thúy Hiền ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới các Thầy hướng dẫn, PGS. Bùi Trung Hiếu và TS.

Vũ Tuấn Lâm, đã định hướng nghiên cứu và liên tục hướng dẫn nghiên cứu sinh thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Đặc biệt, sự hướng dẫn tận tình và những ý kiến quý báu từ PGS. Bùi Trung Hiếu đã giúp nghiên cứu sinh rất nhiều trong việc hoàn thiện luận án. Nghiên cứu sinh cũng xin bày tỏ sự biết ơn GS.

Phạm Tuấn Anh và các nhà khoa học thành viên Phòng thí nghiệm truyền thông máy tính, Đại học Aizu (Nhật Bản) đã hợp tác và hỗ trợ nghiên cứu sinh trong quá trình nghiên cứu cũng như công bố các kết quả nghiên cứu. Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn Lãnh đạo Học viện, các thầy cô của Khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học, Khoa Viễn thông 1 tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Những hỗ trợ, động viên nghiên cứu của các cộng sự xin được chân thành ghi nhận. Tác giả chân thành bày tỏ lòng cảm ơn tới gia đình đã kiên trì chia sẻ và động viên nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện nội dung luận án.

Hà Nội, tháng 09 năm 2016. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .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 .1 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG KHÔNG DÂY .2 Kênh truyền dẫn khí quyển .2 CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO .3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO .4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN .1 Các công trình nghiên cứu trong nước .2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới .1 Các nghiên cứu về mô hình hóa kênh FSO.2 Các nghiên cứu về đánh giá hiệu năng hệ thống FSO .3 Các nghiên cứu về giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống FSO .5 NHẬN XÉT VỀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC TÁC GIẢ KHÁC VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN .1 Nhận xét về công trình nghiên cứu của các tác giả khác .2 Hướng nghiên cứu của luận án .6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. 28 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN THÔNG QUANG KHÔNG DÂY .2 SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN .3 NHIỄU LOẠN KHÍ QUYỂN .1 Mô hình nhiễu loạn Log-chuẩn .2 Mô hình nhiễu loạn Gamma-Gamma .4 MÔ HÌNH PHA-ĐINH DO LỆCH HƯỚNG .5 MÔ HÌNH ẢNH HƯỞNG CỦA DÃN XUNG.6 MÔ HÌNH KÊNH KẾT HỢP BỔ SUNG THAM SỐ .7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 52 CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO ĐIỂM- ĐIỂM .1 HỆ THỐNG FSO ĐIỂM-ĐIỂM SỬ DỤNG CHUYỂN TIẾP.2 KHẢO SÁT HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO CHUYỂN TIẾP ĐIỆN .1 Mô hình hệ thống FSO chuyển tiếp điện .2 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR .3 Tỉ lệ lỗi bit BER .4 Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống FSO chuyển tiếp điện .3 KHẢO SÁT HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO CHUYỂN TIẾP QUANG.1 Hệ thống FSO hai chặng chuyển tiếp quang sử dụng OAF .2 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR .3 Tỉ lệ lỗi bit BER .4 Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống FSO chuyển tiếp quang .4 CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO ĐIỂM-ĐIỂM SỬ DỤNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP .1 Mô hình hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng M-PPM và SIMO .2 Hiệu năng hệ thống FSO chuyển tiếp sử dụng M-PPM và SIMO.1 Xác suất lỗi ký hiệu trong trường hợp sử dụng bộ kết hợp EGC .2 Xác suất lỗi ký hiệu trong trường hợp sử dụng bộ kết hợp MRC .3 Tỷ lệ lỗi bit BER .3 Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống FSO chuyển tiếp M-PPM và SIMO .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.1 HỆ THỐNG FSO ĐIỂM-ĐA ĐIỂM .2 CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO/CDMA SỬ DỤNG MWPPM .1 Kỹ thuật điều chế MWPPM.2 Mô hình hệ thống FSO/CDMA sử dụng MWPPM .3 Hiệu năng hệ thống FSO/CDMA sử dụng MWPPM .4 Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống FSO/CDMA sử dụng MWPPM .3 CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO/CDMA SỬ DỤNG CHUYỂN TIẾP.1 Mô hình hệ thống FSO/CDMA chuyển tiếp.3 Hiệu năng BER hệ thống FSO/CDMA chuyển tiếp .1 Tỉ lệ lỗi bit BER .2 Xác suất lỗi chip cho chặng chuyển tiếp đầu tiên .3 Xác suất lỗi chip của chặng thứ m (m = 2,3,…, Kr + 1) .4 Xác suất lỗi chip nguồn-đích .5 Kết quả khảo sát hiệu năng BER .4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 111 vi CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 132 vii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A AF Amplify-and-Forward Khuếch đại và chuyển tiếp AND 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 B BDF Bit Detect-and-Forward Tách và chuyển tiếp mức bit BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BPPM Binary Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung nhị phân C CDF Chip Detect-and-Forward Tách và chuyển tiếp mức chip CDMA Code-Division Multiple-Access Đa truy nhập phân chia theo mã CEP Chip Error Probability Xác suất lỗi chip CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh D DC 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 E EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang pha tạp Erbium EGC Equal Gain Combining Kết hợp độ lợi cân bằng F viii FEC Forward Error Correction Sửa lỗi theo hướng phát FSO Free-Space Optics Truyền thông quang không dây I IM Intensity Modulation Điều chế cường độ IR Infrared Hồng ngoại ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên ký hiệu L LAN Local Area Network Mạng nội bộ LD Laser Diode Đi-ốt Laser LDPC Low-Density Parity-Check Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LED Light Emitting Diode Đi-ốt phát quang LOS Light Of Sight Tầm nhìn thẳng M MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập MIMO Multiple-Input Multiple-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra MISO Multiple-Input Single-Output Nhiều đầu vào một đầu ra Multi-pulse Pulse Position MPPM Điều chế vị trí xung đa xung Modulation MRC Maximal-Ratio Combining Kết hợp tỷ số cực đại Multiwavelength Pulse Position Điều chế vị trí xung đa xung đa bước MW-PPM Modulation sóng MZI Mach–Zehnder Interferometer Giao thoa kế Mach–Zehnder O Orthogonal Frequency-Division Ghép kênh phân chia theo tần số trực OFDM Multiplexing giao OOK On-Off Keying Điều chế khóa đóng-mở ix Overlapped Pulse Position OPPM Điều chế vị trí xung chồng lấn Modulation P PAM Pulse-Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung Tỉ số công suất đỉnh trên công suất PAPR Peak-to-Average Power Ratio trung bình PD Photodiode Diode tách quang PPM Pulse-Position Modulation Điều chế vị trí xung PWM Pulse-Width Modulation Điều chế độ rộng xung Q QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương R RC Repetition Code Mã hóa lặp RF Radio Frequency Tần số vô tuyến S 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 V VLC Visible Light Communication Truyền thông ánh sáng nhìn thấy W Wavelength-Hopping/Time- WH/TS Nhảy bước sóng/Trải thời gian Spreading x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU a Bán kính thấu kính thu A Diện tích mặt thu của bộ thu A0 Tỷ lệ công suất thu được tại r = 0 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 Khoảng cách từ nút chuyển tiếp đến nút đích E Điện trường e Điện tích điện tử F Độ dài từ mã Fa Hệ số nhiễu dư của APD Hàm G Hàm Meijer G GA Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại quang g Hệ số khuếch đại trung bình của APD 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 Hệ số kênh phản ánh nhiễu loạn kênh truyền của người dùng mong muốn Hệ số kênh phản ánh nhiễu loạn kênh truyền của người dùng gây nhiễu hk thứ k ~ Hằng số Plank h Luận án đầy đủ ở file: Luận án full