Nghiên cứu công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy và ứng dụng

Đề tài : Nghiên cứu công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy và ứng dụngNội dung đồ án bao gồm ba phần chính sau:Chương 1: Tổng quan về công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấyChương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấyChương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài : “Nghiên cứu công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy và ứng dụng” Giảng viên hướng dẫn : ThS. ĐỖ VĂN TRÁNG Sinh viên thực hiện : PHÍ THANH TÙNG Lớp : D08VT3 Khoá : 2008-2013 Ngành : Điện tử - Viễn thông Hệ : Chính quy Hà Nội, tháng 12 /2012 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm: …………………….……… (Bằng chữ: … ……………….) Hà Nội, ngày tháng năm 2012 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS. Đỗ Văn Tráng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm: …………………….……… (Bằng chữ: … ……………….) Hà Nội, ngày tháng năm 2012 GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục MỤC LỤC Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 4 Đồ án tốt nghiệp dại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AB Average Brightness Mức sáng trung bình APD Avalanche Photodiode Diode tách quang thác AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gaussian trắng cộng BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit CMOS Comlementary Metal-Oxide- Semiconductor Vi mạch tích hợp CPC Compound Parabolic Concentrator Bộ tập trung quang parabol kết hợp CS Compensation Symbol Ký hiệu dư thừa CSK Color Shift Keying Khóa dịch màu DMT Discrete Multi-tone Đa âm rời rạc EU European Union Liên minh Châu Âu FIT Fraunhofer Insitute of Telecommunications Viện truyền thông Fraunhofer Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 5 Đồ án tốt nghiệp dại học Thuật ngữ viết tắt FPS Frame per Second Số khung hình trên giây FOV Field of View Trường nhìn thấy FSO Free-Space Optical Truyền dẫn quang trong không gian tự do HD High-Definition Độ phân giải cao IM/DD Intensity Modulation/Direct Detection Điều chế cường độ/tách sóng trực tiếp IR Infrared Hồng ngoại ISI Intersymbol Interference Xuyên nhiễu JEITA Japan Electronics and Information Technology Industries Association Hiệp hội công nghệ thông tin và điện tử Nhật Bản LED Light Emitting Diode Diode phát quang Li-Fi Light Fidelity Truyền thông không dây sử dụng ánh sáng nhìn thấy LOS Line of Sight Đường nhìn thấy MFTP Maximum Flickering Time Period Thời gian nhấp nháy tối đa MIMO Multi-Input Multi-Output Kỹ thuật truyền dẫn đa thu phát MLL Mesuared Level of Light Mức ánh sáng đo được Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 6 Đồ án tốt nghiệp dại học Thuật ngữ viết tắt NRZ None-Return-to-Zero Không trở về 0 OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OOK On-Off Keying Khóa bật tắt PLC Power Line Communication Truyền thông bằng đường điện PLL Perceived Level of Light Mức độ sáng cảm nhận được PoE Power over Ethernet Cấp nguồn qua cáp Ethernet PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất RF Radio Frequency Sóng vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu UV Ultra-Violet Cực tím VLC Visible Light Communication Truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy VPPM Variable Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung biến đổi Wi-Fi Wireless Fidelity Truyền thông không dây sử dụng sóng vô tuyến Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 7 Đồ án tốt nghiệp dại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 9 Đồ án tốt nghiệp dại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, mạng truyền thông không dây vẫn chỉ sử dụng sóng vô tuyến làm phương tiện truyền dẫn chính. Mặc dù đang rất phát triển với tốc độ ngày càng tăng nhưng công nghệ này cũng có một số hạn chế như băng thông sẽ tới lúc cạn kiệt (do nhu cầu sử dụng tăng rất nhanh), hạn chế khi sử dụng trong một số môi trường như bệnh viện (dễ ảnh hưởng tới độ chính xác và chế độ hoạt động của các thiết bị y tế), và không thể sử dụng gần khu vực không lưu của sân bay do đặc tính của sóng vô tuyến có thể gây nhiễu lên điều hành máy bay… Mặt khác, sự phát triển mạnh mẽ của Diode phát quang (Light Emitting Diode – LED) với nhiều ưu điểm như hiệu quả chiếu sáng cao, tiết kiệm điện năng sẽ giúp hiện thực hóa các ý tưởng sử dụng ánh sáng nhìn thấy để truyền dẫn thông tin. Công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Communication –VLC) được xem như là một lời giải cho bài toán về băng thông cũng như các nhược điểm khác của công nghệ truyền thông sử dụng sóng vô tuyến với băng thông sử dụng gần như không giới hạn, không gây xuyên nhiễu nên có thể sử dụng ở các môi trường bệnh viện, sân bay. Đặc biệt hơn nữa chúng ta có thể xây dựng hạ tầng vừa dùng để chiếu sáng vừa dùng để truyền thông sử dụng nguồn phát ánh sáng là các bóng đèn LED. Vì vậy, em đã chọn lựa đề tài đồ án tốt nghiệp là “Nghiên cứu công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy và ứng dụng”. Nội dung đồ án bao gồm ba phần chính sau: Chương 1: Tổng quan về công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy Chương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 10 [...]... CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY – VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 1 Giới thiệu chương Hiện nay việc sử dụng sóng vô tuyến, tia hồng ngoại (infra-red) hay laser để truyền dữ liệu không còn xa lạ Nhưng việc sử dụng ánh sáng trong dải nhìn thấy được để truyền dẫn thông tin là một ý tưởng rất mới và hiện công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Communication)... khoa học nỗ lực nghiên cứu và phát triển Chương I sẽ trình bày một cách tổng quan về công nghệ đang rất hứa hẹn trong tương lai này 2 Khái niệm Visible Light Communication Visible Light Communication (VLC) – Truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy sử dụng phần ánh sáng nhìn thấy được để truyền thông tin, để so sánh thì VLC gần giống công nghệ truyền thông không dây (ví dụ như Wi-Fi) sử dụng các tín hiệu... tiếp theo sẽ trình bày cụ thể và chi tiết về các thành phần cấu thành nên hệ thống VLC Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 23 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II .Nghiên cứu hệ thống VLC CHƯƠNG II – NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY 2.1 Giới thiệu chương Trong chương trước, chúng ta đã có một cái nhìn tổng quan về công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Communication)... sức khỏe cần phải xem xét khi sử dụng sóng vô tuyến Do đó, công nghệ VLC có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ sử dụng sóng vô tuyến RF 4.1 Dung lượng Hình 1.7 Dải tần của sóng ánh sáng nhìn thấy • Băng thông lớn – Phổ tần của sóng ánh sáng nhìn thấy ước tính lớn gấp 10,000 lần so với phổ sóng vô tuyến và hoàn toàn miễn phí khi sử dụng • Mật độ dữ liệu – Công nghệ VLC có thể đạt được mật độ... (Color-Shift Keying – CSK) và một số các phương pháp điều chế khác 6 Kết luận chương Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 22 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về VLC Trên đây là tất cả những thông tin cơ bản về công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy – Visible Light Communication, như chúng ta đã thấy, công nghệ này có rất nhiều ưu điểm so với công nghệ truyền thông sử dụng sóng vô tuyến hiện... truyền thông không dây quang (Optical Wireless Communications – OWC) OWC sử dụng cả tia hồng ngoại (infrared) và tia cực tím (ultra-violet) để truyền thông tin tương tự như ánh sáng nhìn thấy Tuy nhiên, chính việc sử dụng năng lượng vừa dùng để chiếu sáng vừa để truyền thông tin đã khiến cho công nghệ VLC trở nên ưu tú hơn cả 3 Lịch sử phát triển của Visible Light Communication Ý tưởng sử dụng ánh sáng nhìn. .. ra từ lâu và hiện nay đang ngày càng được ứng dụng một cách rộng rãi) Hình 1.8 Truyền thông bằng công nghệ PLC • Truyền thông qua Ethernet (Power over Ethernet – PoE) Việc cấp nguồn và truyền thông tin qua các bóng LED sẽ được thực hiện thông qua một cáp nối Ethernet Tuy nhiên mặc dù công suất cung cấp giới hạn chỉ vào khoảng 50W đối với cáp Cat5 nhưng công suất này vẫn hoàn toàn đủ đáp ứng đối với... chuẩn cho hệ thống định danh sử dụng ánh sáng và tiêu chuẩn cho hệ thống VLC Hiệp hội công nghệ thông tin và điện tử Nhật Bản – JEITA đã chấp nhận các tiêu chuẩn này thông qua hai văn bản JEITA CP-1221 và JEITA CP-1222 2008 Phát triển các tiêu chuẩn toàn cầu cho mạng gia đình sử dụng ánh sáng và hồng ngoại để truyền dẫn thông qua dự án OMEGA của EU Thực hiện truyền dẫn sử dụng 5 đèn LED với tốc độ ~100Mb/s... hình đó là: • Sử dụng kết hợp với công nghệ truyền thông bằng đường điện (Power-line Communications – PLC) Công nghệ này cho phép truyền thông tin qua mạng Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 20 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về VLC điện có sẵn Bằng cách kết hợp này, chúng ta sẽ có thể tận dụng đường cáp điện sẵn có để cấp nguồn và truyền tải thông tin thông qua bóng đèn (Công nghệ này đã được... chế vào trong ánh sáng của bóng đèn và truyền đi đến máy thu Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 16 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về VLC Hình 1.6 Truyền thông VLC sử dụng bóng đèn LED Sử dụng kỹ thuật này chúng ta có thể có được tốc độ truyền dữ liệu rất lớn trong khi vẫn giữ được công dụng chiếu sáng của bóng đèn Công nghệ sử dụng ánh sáng để truyền thông tin còn được gọi với cái tên “Li-Fi” . và ứng dụng . Nội dung đồ án bao gồm ba phần chính sau: Chương 1: Tổng quan về công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy Chương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy Chương. (VLC) – Truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy sử dụng phần ánh sáng nhìn thấy được để truyền thông tin, để so sánh thì VLC gần giống công nghệ truyền thông không dây (ví dụ như Wi-Fi) sử dụng các. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài : Nghiên cứu công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy và ứng dụng Giảng viên hướng