1. Thiết kế và chế tạo bộ thu phát FSO
Căn cứ theo các chỉ tiêu chung đã đăng ký trong đề cương được duyệt, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành đặt ra các mục tiêu thiết kế cụ thể, tiến hành chế tạo và đạt được các chỉ tiêu cụ thể như sau:
• Các thông số đường truyền FSO:
- Tốc độ số liệu/giao thức: Gigabit Ethernet 1,25 Gbit/s, song công.
- Cự ly truyền dẫn: 50 m đến 2500m trong điều kiện trời trong và 50 m đến 1400m trong điều kiện trời mưa rất to (suy hao 10 dB/km).
- Công suất đầu ra laser: 320 mW (2x160 mW) .
- Khẩu độ thu: 10 cm.
- Bước sóng: 1550 nm
• Giao diện kết nối với mô-đun chuyển đổi quang điện:
- Giao diện số liệu vật lý: sợi quang đơn mode, LC.
- Bước sóng thu/phát sợi quang: 1310 nm.
- Công suất đầu ra phát vào sợi quang: -11 dBm (min), -3 dBm (max).
- Công suất đầu vào thu từ sợi quang: -20 dBm (min), -3 dBm (max).
• Các thông số về cơ khí, điện và môi trường:
- Kích thước (RộngxCaoxDài): 25x33x46 cm.
- Nhiệt độ hoạt động: -400C đến 600C.
- Bước sóng: 1550 nm.
- Độ ổn định định hướng: hoạt động với sức gió 120 km/h, tồn tại với sức gió > 160 km/h.
- Trọng lượng: 10 kg.
- Điện áp vào: -48 VDC (40 V tới -57 V) hoặc 100-240VAC.
- Chuẩn môi trường: có khả năng chống nước.
- Công suất tiêu thụ: cực đại 40 W.
• Độ tin cậy và độ bền:
- Sưởi kính: ngăn chặn sương, tuyết bám.
- Làm mát laser: làm mát tới 350C.
- Bộ phát dự phòng: 2 laser, mạch điều khiển, làm mát độc lập
- Cấu trúc: vỏ nhôm, khung thép
• Điều khiển và quản lý:
- Giao diện quản lý: USB, Serial, 10/100-baseT.
- SNMP: nhúng
- Các tham số giám sát chính: cường độ tín hiệu thu, điện áp và dòng điện nguồn cung cấp, dòng laser, mức công suất và nhiệt độ, trạng thái đồng bộ.
• Chỉ tiêu an toàn:
- An toàn laser: chuẩn Class 1M.
- Tương thích điện từ trường: FCC.
• Chỉ tiêu hoạt động trong môi trường vũ trụ:
- Nhiệt độ hoạt động: -100oC to 250oC.
- Tốc độ hoạt động: 160 km/h.
- Cấp độ bảo vệ IP66 và NEMA-4.
- Thiết kế thiết bị FSO đạt tiêu chuẩn:
+ IPC-6011: Đặc điểm chung cho bảng mạch in.
+ IPC-6018: Chất lượng và hiệu suất cho bảng mạch in tần số cao.
• Tỉ số tín hiệu/tạp âm (SNR) và tỉ lệ lỗi bit (BER):
- Tạp âm máy thu bao gồm tạp âm lượng tử, tạp âm nhiệt và nhiễu ánh sáng nền với FA(MA) = kAMA + (1- kA)(2-1/MA):
, (2.1)

- Tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR được tính như sau:
, (2.2)
- Giá trị các tham số được cho trong Bảng 1

Bảng 1. Tham số hệ thống FSO

- Tỉ lệ lỗi bit
, (2.3)

Bảng 2. Giá trị SNR và BER theo công suất tín hiệu thu

Để đảm bảo BER < 10-6, công suất tín hiệu thu cần ≥ -30 dBm. Với công suất phát 320 mW (25 dBm), quỹ suy hao đường truyền và suy hao do lệch hướng là khá lớn (55 dB) đảm bảo hệ thống hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết đồng thời cho phép dung sai lệch hướng trong quá trình lắp đặt lớn.

Hình 1: Hình ảnh thực tế của thiết bị FSO sau khi lắp ráp

2. Bộ mã hóa/giải mã video độ phân giải cao
Sơ đồ khối hệ thống mã hóa được mô tả trong hình 2. Nó bao gồm ba phần chính: khối dự đoán, khối tái tạo và khối truyền dữ liệu. Nhìn chung, đường ống dài hơn đường ống H.264/AVC do sự phụ thuộc xử lý và để tăng sự song song không đồng nhất giữa khối chức năng.
Khối dự đoán là phần quan trọng nhất và tính toán chuyên sâu. Nó bao gồm dự đoán nội ảnh, ước lượng chuyển động số nguyên/ phân số (IME / FME) cho dự đoán liên ảnh, biến đổi và lượng tử hóa, và phần cứng quyết định chế độ. Ngoài ra, cần có một hệ thống bộ nhớ tham chiếu để hỗ trợ truy nhập khung tham chiếu trong ước lượng chuyển động. Trong khối này, dự đoán nội ảnh và dự đoán liên ảnh được thực hiện song song. Sự phụ thuộc giữa hai module này được loại bỏ như đã thảo luận trong phần trước. Bộ đệm khối hiện thời có kích thước CTU và bộ đệm khối dư thừa được dùng chung giữa các tầng. Ước lượng chuyển động được thực hiện theo hai mức độ chính xác và được phân tách thành hai tầng đường ống.

Hình 2. Sơ đồ khối bộ mã hóa HEVC

Các khung hình tham chiếu được chuẩn bị bởi khối tái tạo mỗi lần mã hóa một khung hình. Khối tái tạo sẽ xây dựng các khung hình tham chiếu đã giải mã tại bộ giải mã. Nó bao gồm biến đổi ngược, lượng tử ngược và tái tạo dự đoán nội ảnh/liên ảnh, và các bộ lọc vòng lặp (bộ lọc giảm nhiễu khối và bộ lọc SAO). Chú ý rằng khối tái tạo có thể dùng chung phần cứng với khối dự đoán, hoặc lấy kết quả từ khối dự đoán. Nó không yêu cầu thêm chi phí nào đáng kể như một bộ giải mã độc lập.
Cuối cùng, khối luồng bit thực hiện mã hóa entropy và ghi ra luồng bit cuối cùng. Trong HEVC, mã hóa entropy là mã hóa số học nhị phân thích ứng ngữ cảnh (CABAC). Chú ý rằng các tham số SAO cần phải được mã hóa trong luồng bit và vì vậy việc tạo tham số SAO cần phải được làm trước tầng mã hóa CABAC.

3. Bài báo và sách chuyên khảo đã công bố
3.1. Bài báo trên các tạp chí quốc tế trong hệ thống ISI/Scopus:
[1]. Minh Q. Vu, Nga T.T. Nguyen, Hien T.T. Pham, and Ngoc T. Dang, “Performance Enhancement of LEO-to-Ground FSO Systems using All-optical HAP-based Relaying,” Physical Communication, vol. 31, pp. 218-229, Dec. 2018. (Tạp chí ISI, xếp hạng Q2 ).
3.2. Các bài báo tham gia Hội nghị Khoa học trong nước và quốc tế
[1]. Minh Q. Vu, Nga T. T. Nguyen, Minh B. Vu, Hang T. T. Phan, Hien T. T. Pham, and Ngoc T. Dang, “HAP-based FSO System using All-Optical Detect-Amplify-and-Forward Relaying and Coherent Detection Receiver” In the Proc. of the fourth IEEE/NAFOSTED Conference on Information and Computer Science (NICS 2017), Hanoi, Vietnam, Nov. 2017, pp. 144-149.
[2]. Thang V. Nguyen, Anh-Tuan H. Bui, Ngoc T. Dang, and Anh T. Pham “Performance of SIM/S-QAM FSO Systems with Phase Errors in Gamma-Gamma Turbulence Channels” In the Proc of the 2018 IEEE International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC 2018), Jeju, Korea, Oct. 2018, pp. 85-90.
[3]. Minh B. Vu, Hien T. T. Pham, Trung-Anh Do, Hang T. T. Phan, and Ngoc T. Dang “Satellite-based Free-Space Quantum Key Distribution Systems using QPSK Modulation and Heterodyne Detection Receiver” In the Proc of the IEEE 19th International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT 2019), Hochiminh, Vietnam, Sept. 2019, pp. 265-270. (Best Paper Award).
4. Kết quả tham gia đào tạo
4.1. Tiến sĩ
[1]. Nguyễn Thị Thu Nga, đề tài “Giải pháp truyền dẫn và chuyển tiếp tín hiệu quang dựa trên hạ tầng trên cao”.
4.2. Thạc sĩ
[1]. Hoàng Văn Tiến, đề tài “Nhận dạng vùng hạn hán sử dụng ảnh viễn thám”.
[2]. Đào Thị Huyền, đề tài “Nghiên cứu thuật toán mã hóa video theo chuẩn hevc với kích thước nhóm khung hình thay đổi theo nội dung”.
[3]. Bùi Ngọc Linh, đề tài “Nghiên cứu công nghệ truyền thông quang không dây và ứng dụng trong Li-Fi”.
[4]. Trần Văn Toản, đề tài “Đánh giá hiệu năng hệ thống kết hợp kỹ thuật FSO và WDM trong hạ tầng trên cao (HAP)”.
5. Tình hình chuyển giao công nghệ
Đang xúc tiến chuyển giao Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, Công ty TNHH giải pháp công nghệ nguồn POSTEF (PDE).
6. Kết quả của đề tài được lưu trữ tại
- Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
- Văn phòng Chương trình KHCN Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam
- Cục thông tin khoa học và công nghệ Quốc gia.