Nghiên ứu đặc tính truyền dữ liệu của đèn led

Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu biết thực tế của mình, không sao chép từ bất kỳ một luận văn nào khác.. 70 Trang 6 DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

PHẠM ĐỨ C TH NH Ị

NGHIÊN C Ứ U ĐẶ C TÍNH TRUY Ề N DỮ LIỆ U C ỦA ĐÈN LED

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

CHUYÊN NGÀNH : K THU Ỹ ẬT VI N THÔNG Ễ

Người hướ ng d n khoa h c ẫ ọ : PGS.TS HÀ DUYÊN TRUNG

HÀ NỘI - 2018

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của chính bản thân Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu biết thực tế của mình, không sao chép từ bất kỳ một luận văn nào khác Mọi thông tin trích dẫn đều được tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Học viên

Phạm Đức Thịnh

M C L C Ụ Ụ

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CH ỮVIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ TH 8Ị M Ở ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 - T NG QUAN V H TH NG TRUY N THÔNG B NG ÁNH Ổ Ề Ệ Ố Ề Ằ SÁNG 14

1.1 Khái ni m v h ệ ề ệthống Visible Light Communication (VLC) 14

1.2 Lịch sử phát tri n cể ủa công ng ệh truy n thông không dây VLC 15ề 1.3 Công ngh VLC trong thệ ực tế 17

1.3.1 H ệthống VLC của viện Fraunhofer 21

1.3.2 H ệthống VLC c a Velmenni 24ủ 1.3.3 H ệthống Pure Li- 24fi 1.3.4 Đèn Panel Li- 28fi 1.4 Ưu, nhược điểm c a h th ng VLC 28ủ ệ ố 1.4.1 Ưu điểm 28

1.4.2 Nhược điểm 29

1.5 Kết luận chương 29

CHƯƠNG 2 ĐẶ- C TÍNH TRUY N D LI U CỀ Ữ Ệ ỦA ĐÈN LED 30

2.1 Nguyên lý hoạt động của đèn LED 30

2.2 Mô hình h ệ thống truy n d u s dề ữliệ ử ụng đèn LED 33 2.2.1 B phát 34ộ

2.2.2 B thu 37ộ2.2.2.1 B t p trung quang 37ộ ậ

2.2.2.2 Photo điốt 392.2.2.3 B chuyộ ển đổi quang điện 412.2.3 Môi trường truy n 42ề2.2.3.1 Mô hình kết nố ực tiếi tr p (Directed LOS) 422.2.3.2 Mô hình kết nối gián tiếp (№ndirected LOS) 432.2.3.3 Mô hình kết nối khu ch tán (Diffuse) 44ế2.3 Phương pháp điều ch cế ường độ và tách sóng tr c ti p IM/DD (Intensity ự ếModulation/ Direct Detector) 452.4 Các phương pháp điều ch ế và điều chỉnh độsáng trong hệ ố th ng VLC 462.4.1 Phương pháp điều ch ế khóa đóng mởOn-Off Keying (OOK) 462.4.2 Phương pháp điều ch v trí xung biế ị ến đổi (Variable Pulse Position Modulation – VPPM) 482.4.3 Phương pháp điều ch khóa d ch màu (Color-Shift Keying) 50ế ị2.4.3.1 Điều ch 4 CSK (2 bit/ 1 ký hi u) 54ế – ệ2.4.3.2 Điều ch 8 CSK (3 bit/ 1 ký hi u) 56ế – ệ2.4.3.3 Điều ch 16 CSK (4 bit/ 1 ký hi u) 57ế – ệ2.5 Các lo i nhi u trong truy n thông s dạ ễ ề ử ụng đèn LED 582.5.1 Nhi u nhi t 58ễ ệ2.5.2 Nhi u n 58ễ ổ2.5.3 Tín hi u méo do hi u ng truyệ ệ ứ ền đa đường 602.5.4 T s ỷ ốSNR 602.6 Một số giải pháp cải thiện hiệu năng của hệ thống truyền dữ liệu bằng đèn LED 61

2.6.1 Giải pháp tăng tố ộc đ truy n d n d u s d ng MIMO 61ề ẫ ữliệ ử ụ2.6.2 Gi i pháp s d ng chuy n ti p (Relay) 62ả ử ụ ể ế2.6.3 Gi i pháp s d ng chùm quang k t h p TDMA 63ả ử ụ ế ợ2.7 Một số phân tích mô hình truyền thông s dụng đèn LED ở môi trường trong nhà 64ử2.8 Kết luận chương 67CHƯƠNG 3 – MÔ HÌNH GI I TÍCH H Ả ỆTHỐNG TRUY N D Ề ỮLIỆU S D NG Ử ỤĐÈN LED 683.1 Mô hình kênh truy n d u s dề ữliệ ử ụng đèn LED ở môi trường trong nhà 683.2 Tính toán các đại lượng liên quan đến vi c truy n d ệ ề ữliệu s dử ụng đèn LED ở môi trường trong nhà 703.2.1 Cường độ sáng 703.2.2 Phân b công suố ất thu trong phòng 743.2.3 Giá tr RMS (Root Mean Square) t i m t ph ng thu 78ịtrễ ạ ặ ẳ3.3 Kết luận chương 80

KẾT LUẬN CHUNG 81TÀI LIỆU THAM KH O 82Ả

DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH Ụ Ệ Ữ VIẾ T T T Ắ

A AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu trắng Gaussian

C

L

M

MIMO Multi Input Multi Output Đa đầu vào, đa đầu ra

MFTP Maximum Flickering Time Period Thời gian nhấp nháy tối đa

N

O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

OWC Optical Wireless Communication Truyền thông quang không dây

P

PD Photo Diode Điốt quang

PLC Power Line Communication Truyền thông đường điện

PoE Power Over Ethernet Cấp nguồn qua Ethernet

PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung

Q QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

R

S SNR Signal to №ise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

TDMA Time-division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

V VLC Visible Light Communication Truyền thông quang sáng nhìn thấy dùng ánh VPPM Variable Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung biến đổi

DANH M C CÁC HÌNH V Ụ Ẽ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Dải bước sóng c a ánh sáng nhìn thấy 14ủ

Hình 1.2 Ngọn hải đăng Hòn Dấu – Đồ Sơn 15

Hình 1.3 Mô hình thu phát của photophone [1] 16

Hình 1.4 Công nghệ VLC trong th c tế [4] 18ự Hình 1.5 Hệ ố th ng chi u sáng thông minh [5] 18ế Hình 1.6 Ứng d ng VLC trong h th ng giao thông v n t i [7] 19ụ ệ ố ậ ả Hình 1.7 Ứng d ng VLC trong truyụ ền thông dưới nước [7] 19

Hình 1.8 Thiết bị i-MAJUN [8] 20

Hình 1.9 Ứng dụng VLC trong lĩnh vực hàng không [9] 20

Hình 1.10 Ứng d ng VLC trong b nh vi n 21ụ ệ ệ Hình 1.11 Hệ ố th ng k t n i bế ố ộ thu và b phát c a viện Fraunhofer 22ộ ủ Hình 1.12 Thiết bị ế ố k t n i LED – Blackhaul Frauhofer 22

Hình 1.13 Thiết bị -Li fi được phát triển b i Sangikyo 23ở Hình 1.14 Đèn LED của hãng Velmenni Jugnu 24

Hình 1.15 Thiết bị -1st 25Li Hình 1.16 Thiết bị thu và phát Li-Flame 26

Hình 1.17 Thiết bị thu và phát Li-fi X 27

Hình 1.18 Thiế ịt b thu và phát Li-fi XC 27

Hình 1.19 Thiết bị thu và phát Li-fi VLNComm 28

Hình 2.1 Đèn LED [16] 30

Hình 2.2 Nguyên lý hoạ ột đ ng của đèn LED [17] 31

Hình 2.3 LED chip đơn xanh [18] 32

Hình 2.4 LED RGB [19] 32

Hình 2.5 Kiến trúc cơ bả ủn c a m t h th ng VLC 33ộ ệ ố

Hình 2.6 Mô hình PLC tích hợp VLC [21] 34

Hình 2.7 Sự khác bi t trong c u trúc các h th ng VLC PLC [21] 35ệ ấ ệ ố – Hình 2.8 Mô hình PoE trong công nghệ VLC [23] 36

Hình 2.9 Mô hình chiếu sáng PoE trong văn phòng của Philips [24] 37

Hình 2.10 Sơ đồ kh i b thu d li u 37ố ộ ữ ệ Hình 2.11 Bộ ậ t p trung quang trong th c tế 38ự Hình 2.12 Nguyên lý của thấu kính h i tụ 38ộ Hình 2.13 Nguyên lý hoạ ột đ ng của Photo điốt [25] 40

Hình 2.14 Photo điốt BPW21R [27] 41

Hình 2.15 Bộ chuyển đổi quang điện 42

Hình 2.16 Mô hình kế ốt n i trực tiếp [29] 43

Hình 2.17 Mô hình kế ốt n i gián tiếp [29] 43

Hình 2.18 Mô hình kế ốt n i khuếch tán [29] 44

Hình 2.19 Mô hình kênh truyền VLC IM/DD 45

Hình 2.20 Điều ch OOK [32] 47ế Hình 2.21 Mã hóa Manchester trên luồng bit nh phân [33] 48ị Hình 2.22 Nguyên lý hoạt động của phương pháp điều ch biế ến đổi xung VPPM [35] 49

Hình 2.23 Điều ch xung ánh sáng [35] 50ế Hình 2.24 Không gian màu CIE với hai trục xy và 7 d i màuả (000 đến 110) 52

Hình 2.25 Mô hình hệ ống CSK cơ bả th n [38] 53

Hình 2.26 Không gian ký hi u 4-CSK [39] 55ệ Hình 2.27 Ánh xạ ữ ệu đố d li i v i 4 ớ – CSK [39] 55

Hình 2.28 Không gian tín hiệu 8-CSK [39] 56

Hình 2.29 Ánh xạ ữ ệu đố d li i v i 8ớ -CSK [39] 56

Hình 2.30 Không gian ký hiệu 16-CSK [39] 57

Hình 2.31 Ánh xạ ữ ệu đố d li i v i 16ớ -CSK [39] 57

Hình 2.32 Tín hiệu méo do truyền đa đường 60

Hình 2.33 Mô hình h ệ thống m ng lai PLC/VLC cho các ng d ng truy n s ạ ứ ụ ề ố liệu trong nhà [42] 62

Hình 2.34 K ỹ thuật ế ợk t h p chùm quang v i TDMA vớ ới trường h p a) : không s ợ ử dụng TDMA và trường h p b) : s d ng TDMA [40] 63ợ ử ụ Hình 2.35 Mô hình kênh truy n VLC trong nhà 64ề Hình 2.36 Thông số thi t lế ập h ốệth ng truy n d ệề ữli u bằng đèn LED [43] 65

Hình 2.37 Môi trường truy n d li u bề ữ ệ ằng đèn LED trong nhà [44] 66

Hình 2.38 Mảng LED vuông (bên trái) và m ng LED trònả (bên ph i) [45] 66ả Hình 2.39 Phân b ố độ sáng cho vi c tri n khai c m LED 4x4 hình vuông và phân b ệ ể ụ ố độ sáng cho vi c tri n khai m ng LED tròn [45] 67ệ ể ả Hình 3.1 Hệ ố th ng truy n d li u dùng LED s d ng 68ề ữ ệ ử ụ môi trường trong nhà 68

Hình 3.2 Mô hình căn phòng Kích thước phòng là 5m x 5m x 3m 69

Chiều cao c a bàn là 0,8 m so với sàn 69ủ Hình 3.3 Phân bố ốn đèn LED trên trầ b n nhà 70

Hình 3.4 Nguồn sáng 71

Hình 3.5 Minh họa các đại lượng trên mô hình tính toán [47] 72

Hình 3.6 Phân bố cường độ sáng v i trư ng h p m t LED treo giớ ờ ợ ộ ữa phòng 73 Hình 3.7 Phân bố cường độ sáng v i trư ng h p b n LEDớ ờ ợ ố treo gi a phòng 73ữ

Hình 3.8 Minh họa các đại lượng tính toán trong trường hợp có tính đến ph n x của ả ạtường 75Hình 3.9 Phân bố công su t thu vớấ i trường h p m t LED treo gi a phòng 77ợ ộ ữHình 3.10 Phân b công su t thu vố ấ ới trường h p b n LED treo gi a phòng 77ợ ố ữHình 3.11 Phân b công su t thu mố ấ ột LED trong trường h p k t n i có tợ ế ố ính đến ph n ả

x c a m t phạ ủ ặ ẳng tường 77Hình 3.12 Phân b công su t thu bố ấ ốn LED trong trường h p k t nợ ế ối có tính đến phản

x c m t phạ ủa ặ ẳng tường 78Hình 3.13 Phân bố ễ tr RMS trư ng h p s d ng m t LED 79ờ ợ ử ụ ộHình 3.14 Phân bố ễ tr MD trư ng h p s d ng m t LED 79ờ ợ ử ụ ộ

M Ở ĐẦ U Truy n thông b ng ánh sáng nhìn th y (Visible Light Communication - VLC) ề ằ ấ

là m t trong nhộ ững lĩnh vực chính trong giao ti p không dây Nó hoế ạt động gi ng ốnhư sợi quang h c, ọ nhưng môi trường truy n d n là không gian t do Vi c ch t o ề ẫ ự ệ ế ạ

ra đèn LED đã mang l i s ti n b l n trong cách truy n thông ánh sáng kh ki n ạ ự ế ộ ớ ề ả ếLED vừa có th ể được s d ng ử ụ để chiếu sáng, v a có th s d ng truy n d u, ừ ể ử ụ để ề ữliệnhưng bộ phát và b thu phộ ải ở trong t m nhìn c a nhau ầ ủ ĐènLED được s dử ụng như

b phát g i d u b ng cách nh p nháy ánh sáng tộ ử ữliệ ằ ấ ở ốc độ cao, điều này s không ẽảnh hưởng đáng kể đố ớ i v i mắt người B ộthu nhận ánh sáng nh p nháy tấ ở ốc độ cao

và gi i mã truy n d u M t lả ề ữliệ ộ ợi thế ớ ủ l n c a VLC là nó có th ểthực hiện d dàng do ễ

nh g n, công su t thỏ ọ ấ ấp và ngăn nhiễu sóng radio

Hiện nay trên th gi i, các ế ớ ứng d ng c a vi c truy n thông bụ ủ ệ ề ằng đèn LED ngày càng ph bi n Các ng d ng này bao gổ ế ứ ụ ồm phương tiện truy n d u xe bề ữ liệ ằng đèn pha, phát hi n v trí, h ệ ị ệ thống giao thông thông minh, truy n thông c m bi n hình ề ả ế

ảnh, truy n thông internet và truy n t i âm thanh-video VLC s có ề ề ả … ẽ ảnh hưởng l n ớtrong giao tiếp trong tương lai, đặc bi t trong b i c nh cu c cách m ng công ngh 4.0 ệ ố ả ộ ạ ệ– xu hướng hi n th i trong vi c t ệ ờ ệ ự động hóa và trao đổ ữ ệi d li u

V i nh ng lí do trên, trong quá trình tìm hi u và nghiên c u v h ớ ữ ể ứ ề ệthống thông tin s d ng ánh sáng nhìn thử ụ ấy, em đã lựa chọn đềtài : “Nghiên cứ u đặc tính truyền

d ữ liệu của đèn LED”

m nh ng nLuận văn gồ ữ ội dung chính sau :

Chương 1 : “Tổng quan v h th ng truy n thông b ng sánh sáng : ề ệ ố ề ằ ” đưa ra

nh ng khái niữ ệm cơ bản c a công ngh truy n thông b ng ánh sáng nhìn th yủ ệ ề ằ ấ , l ch s ị ửphát tri n, ng d ng c a h ể ứ ụ ủ ệthống truy n d u b ng ánh sáng nhìn th trong thề ữliệ ằ ấy ực

tế Ưu, nhược điểm c a h ủ ệthống này

Chương 2 : “Đặc tính truy n d li u cề ữ ệ ủa đèn LED” : đưa ra cấ ạu t o của đèn LED, mô hình t ng quan c a m t h ổ ủ ộ ệ thống truy n d u s dề ữ liệ ử ụng đèn LED, các phương pháp điều ch ế và điều chỉnh độ sáng trong h th ng truy n d li u bệ ố ề ữ ệ ằng đèn

LED, m t s ộ ố phương pháp nh m ằ tăng hiệu năng hệ ố th ng và m t s nghiên c u phân ộ ố ứtích h thệ ống truy n d ệu đèn LED ở môi trườề ữli ng trong nhà

Chương 3 : “Mô hình gi i tích h ả ệthống truy n d ề ữliệ ửu s dụng đèn LED” : mô hình hóa m t h ộ ệ thống truy n d u s dề ữ liệ ử ụng đèn LED ở môi trường trong nhà và tính toán, đánh giá hoạt động h ốệth ng b ng ph n m m MATLAB ằ ầ ề

Phần cu i cùng ố - “Kết luận chung” sẽ đánh giá lại toàn b luộ ận văn, khái quát

nh ng n i dung chính, nhữ ộ ững ưu điểm và h n ch c a luạ ế ủ ận văn đồng thời đưa ra các hướng nghiên c u ti p theo ứ ế

Em xin cảm ơn các thầy cô giáo tại Trường Đại h c Bách Khoa Hà Nọ ội đãnhi t tình gi ng dệ ả ạy và giúp đỡ em trong quá trình h c tọ ập tai trường Đặc bi t em ệxin chân thành cảm ơn t ầh y giáo PGS.TS Hà Duyên Trung – Viện Điệ ử Viễn t n thông đã trực tiếp hướng d n em hoàn thành luẫ ận văn này

Em xin chân thành cám ơn !

CHƯƠNG 1 - T NG QUAN V H TH NG TRUY N Ổ Ề Ệ Ố Ề

để truyền ti ng nói của mình đi Chùm rung được thu th p b i máy thu ế ậ ở ở đầu nh n và ậ

gi i mã tr l i tín hi u thoả ở ạ ệ ại Thí nghiệm của Bell g p phặ ải khó khăn dướ ảnh hưởi ng

của sương mù và mưa và ông đãngừng thí nghi m c a mình ệ ủ

Sáng ch ế ra đèn LED vào năm 1961 đã mang lại khái niệm ới ềm v truyền thông d a trên ánh sáng tr ng phát ra t ự ắ ừ đèn LED ử ữ ệ, g i d li u b ng ánh sáng nh p ằ ấnháy tở ốc độ ấ r t cao và vô hình i v mđố ới ắt người Trong giao ti p ánh sáng kh ế ả

ki n, ế LED được s dử ụng như bộ phát và photo điố đượt c s d ng ử ụ như ộb thu Phổ ánh sáng nhìn thấy đượ ử ụng như là phương tiệc s d n truy n d n ề ẫ

1.1 Khái ni m v h ệ ề ệ thống Visible Light Communication (VLC)

Hình 1.1 Dả i bư ớc sóng c a ánh sáng nhìn th y ủ ấ

Visible Light Communication VLC- là công ngh truy n thông không dây ệ ề

b ng cách s d ng ánh sáng tr ng bao g m nhiằ ử ụ ắ ồ ều ánh sáng đơn sắc bi n thiên liên tế ục

trong dải bước sóng t 380 ừ nm đến 760 nm tương ứng v i m t d i t n s t 400 ớ ộ ả ầ ố ừ –

790 THz Do ánh sáng nhìn thấy “thân thiện” với con người, công ngh này ít nguy ệhại hơn so với công ngh truy n thông vô tuyệ ề ến (RF) VLC còn được biết đến v i tên ớ

gọi khác là Li-fi

1.2 L ch s phát tri n c a công ngh truy n thông không dây VLC ị ử ể ủ ệ ề

Ý tưởng truy n t i thông tin b ng ánh sáng nhìn th y không ph i là ý t ng ề ả ằ ấ ả ưở

m i T ớ ừ hàng nghìn năm trước, nh ng ng n hữ ọ ải đăng đầu tiên là nh ng ng n tháp ữ ọ

nh ỏ trên đỉnh có nh ng gi kim loữ ỏ ạ ựi đ ng ngọn đuốc đang cháy Chúng có nhi m v ệ ụ

h hoa tiêu cho các con tàu biỗ trợ ển định hướng và tìm đường, đồng thời đánh dấu các đường b bi n hay các bãi c n nguy hi m, các l i an toàn vào c ng b ng cách gờ ể ạ ể ố ả ằ ửi

nh ng chùm sáng nh p nháy theo chu k ữ ấ ỳ

Hình 1.2 Ngọn hải đăng Hòn Dấ u – Đồ Sơn Một c t mộ ốc đánh dấu vi c s d ng ánh sáng nhìn thệ ử ụ ấy để truy n thông tin sau ềnày thu c v m nhà khoa h c Scotland tên là ộ ề ột ọ Alexander Graham Bell, người đã phát minh ra thi t b Photophone ế ị vào ngày 19 tháng 2 năm 1880 tại phòng thí nghiệm

ở Washington, DC cùng v i c ng s c a ông là Charles Summer Tainer [1] Thi t b ớ ộ ự ủ ế ịnày truy n thông b ng ề ằ ánh sáng mặt trời.

Tại đầu phát, ánh sáng s ẽ được h i t qua thộ ụ ấu kính, đến phía ng nói Sau ố ống nói s ẽ được g n mắ ột gương mảnh, có nhi m v ệ ụ làm thay đổi cường độ ủ c a ánh sáng

m t tr i chiặ ờ ếu đến theo độ rung của âm thanh khi có người nói vào Thông tin s ẽ được điều ch và truyế ền đi bằng sóng ánh sáng t i phía thu ớ

Hình 1.3 Mô hình thu phát của photophone [1]

Tại đầu thu, một pin Selenium được n i v i nguố ớ ồn điện, pin này được đặt ởtrung tâm c a mủ ột gương dạng parabol Ánh sáng s ẽ được t p trung vào pin Selenium ậ

và cường độ sáng thay đổi khiến cho điện tr cở ủa pin thay đổ ạo ra dòng điệi t n làm thay đồi màng rung c a ng nghe, t ủ ố ừ đó sẽ phát ra âm thanh [1]

B ng h ằ ệthống này, h ọ đã thực hi n vi c truy n thông ệ ệ ề ở kho ng cách 213 mét ảTuy nhiên do độ nhi u quá l n, c ng v i s ph thu c quá ch t ch vào th i ti t mà ễ ớ ộ ớ ự ụ ộ ặ ẽ ờ ế

c ỗ máy này chưa thực s ựchiếm đượ ực s quan tâm đúng mức c a c nủ ộ g đồng khoa học lúc bấy gi ờ

Đến năm 1907, ện tượhi ng bi n i dòng ế đổ điện thành ánh sáng được H J Round phát hiện đầu tiên ở phòng thí nghi m Marconiệ Năm 1961, các nhà thí nghiệm người M Robert Biard và Gary Pittman, phát hi n GaAs phát ra tia h ng ngo i khi ỹ ệ ồ ạ

có dòng điện chạy qua và đã phát minh ra LED h ng ngo i Các ngu n sáng t bán ồ ạ ồ ừ

d n m ra mẫ ở ột cơ hội rất lớn cho việc kế ợt h p truy n thông và chi u sáng ề ế

LED (viế ắ ủa t t t c Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có kh ả năng phát ra ánh sáng hay tia h ng ngo i, t ngo iồ ạ ử ạ Cũng giống như điốt, LED được c u t o t m t kh i bán d n lo i p ghép v i m t kh i bán d n lo i n ấ ạ ừ ộ ố ẫ ạ ớ ộ ố ẫ ạ

Tới tháng 5/2018, đèn pin LED sáng nhất được ghi nhận là đèn Imalent DX80, với

độ chiếu sáng lên đến 32,000 lumen ở chế độ turbo [2] Lý do chúng ta có th s d ng ể ử ụđèn LED trong hệ ố th ng VLC là vì khi có s ự thay đổi dòng điện đi qua LED thì độsáng của đèn LED cũng thay đổi theo, s ự thay đổi này di n ra r t nhanh khi n mễ ấ ế ắt thường không th phân biể ệt được Khi đó, thông tin được điều ch vào ánh sáng c a ế ủLED và truyền đi tới b ộthu

1.3 Công ngh VLC trong thệ ự c tế

V i s phát tri n nhanh chóng c a công ngh ớ ự ể ủ ệ chiếu sáng s d ng bán dử ụ ẫn (solid-state lighting), công ngh VLC s d ng LED cho phép truy n t i d u vệ ử ụ ề ả ữliệ ới tốc độ lên tới hàng Gbps Vào năm 2015, một nhóm các nhà khoa học đã chứng minh

r ng có th truy n t i thông tin tằ ể ề ả ở ốc độ cao lên đến 1,68 Gb/s kho ng cách 3 cm ở ả(cường độ chi u sáng 240 lumen) s d ng ánh sáng tr ng [3] Bên c nh nhế ử ụ ắ ạ ững ưu điểm v tề ốc độ, công ngh VLC còn mang trong mình nhệ ững ưu điểm khác, nó cho phép t o ra nhạ ững kênh thông tin an toàn trong môi trường văn phòng hoặc tòa nhà

V i nhớ ững ưu điểm như : rẻ ền, đẹ, b p và ti t kiế ệm điện năng, việc nghiên c u ứ

đặc tính truy n d n cề ẫ ủa đèn LED sẽ ạ t o ra một cơ sở ạ ầ h t ng v a có tác d ng chi u ừ ụ ếsáng, vừa có tác dụng truy n thông tin m t cách an toàn và nhanh chóng ề ộ

Trong thực tế, VLC hiện đang được áp d ng trong m t sốụ ộ lĩnh vực như :

H ệ thống chiếu sáng thông minh : h ng ánh sáng thông minh trong các tòa nhà ệthố

v i công ngh VLC cung cớ ệ ấp cơ sở ạ ầ h t ng nh m v a chi u sáng, vằ ừ ế ừa điều khi n, ể

v a truy n thông ừ ề

Hình 1.4 Công nghệ VLC trong th c tế ] ự [4

Hình 1.5 Hệ ố th ng chi u sáng thông minh ] ế [5

Ứng dụ ng môi trường nguy hi m : ể ứng d ng trong nh ng khu vụ ữ ực có độ nguy hiểm cao (ví dụ trong các m , nhà máy hóa dỏ ầu, …) [6]

Ứng d ng trong giao thông thông minh : Xe ô tô s dụ ử ụng các đèn LED đểchiếu sáng, đèn giao thông, biến báo và đèn đường cũng ử ụ s d ng công ngh LED nên có ệ

r t nhi u ng dấ ề ứ ụng đố ới v i công ngh ệ VLC trong lĩnh vực giao thông, v n t Có th ậ ải ể

k n các c m biể đế ả ến như cảm biến trước va chạm, phanh điệ ửn t khẩn cấp, c nh báo ảthay đổi làn đường, cảnh báo tăng tốc…Do độ ễ ự tr c c k ỳ thấp, h ệ thống truy n ánh ềsáng tố ộ cao như Lic đ -fi có th ể được ứng dụng như hình 1.6 dưới đây [7]

Hình 1.6 Ứ ng d ng VLC trong h th ng giao thông v n tải ] ụ ệ ố ậ [7

Ứng d ng trong truyụ ền thông dưới nước : Sóng điệ ừn t không th lan truy n t t ể ề ốtrong môi trường nước Do đó, VLC có th đư c s d ng trong truyể ợ ử ụ ền thông dưới nước Hình 1.7 minh h a quá trình truy n thông c a mọ ề ủ ột thi t b l n ngế ị ặ ầm dưới nước

Do kho ng cách t ả ừ đáy biể ớn t i tàu m t bi n quá xa, m t kênh truy n thông quang ở ặ ể ộ ềđược tri n khai t tàu trên m t nư c xu nể ừ ặ ớ ố g đáy biển dựa trên điểm chuy n ti p [7] ể ế

Hình 1.7 Ứng dụng VLC trong truyền thông dướ i nư ớc [7]

M t thiộ ế ịt b s d ng khác s d ng công ngh VLC do công ty Marine Comms ử ụ ử ụ ệRyukyu sáng ch [8] nh m giúp các th l n có th s d ng giế ằ ợ ặ ể ử ụ ọng nói để nói chuyện

với nhau trong môi trường nước có tên gọi là “i MAJUN” Thiế ị- t b này có kho ng ảcách giao tiế ối đa là 30 mét vớ ộ sáng đèn LED tối đa 1500 lumen.p t i đ

Hình 1.8 Thiế ịt b i-MAJUN [8]

Hình 1.9 ng dỨ ụng VLC trong lĩnh vực hàng không [9]

Ứng dụng trong lĩnh ự v c hàng không : Vì nh ng lí do an toàn, rữ adio và điện thoại không được ưa chuộng trong khoang hành khách của máy bay Đèn LED được s ửdụng để chiếu sáng cũng có thể s dử ụng để truy n d ề ữliệu, cung c p các d ch v truyấ ị ụ ền thông cho hành khách Điều này giúp gi m chi phí ch t o và trả ế ạ ọng lượng c a máy ủbay.

1.3.1 H ệ thống VLC c a vi n Fraunhofer ủ ệ

Viện Fraunhofer Heinrich Hertz (HHI), là một tổ chức của hội Fraunhofer

có trụ sở tại Berlin chuyên nghiên cứu về viễn thông, có bộ phận mạng quang tử lớn

và có một phòng thí nghiệm nghiên cứu mạng quang trong nhà và VLC

Theo như thông tin từ viện [10], hệ thống VLC của viện Fraunhofer có những thông số như sau :

Hình 1.11 H ệ thống kết nố ội b thu và b phát c a vi n Fraunhofer ộ ủ ệ

 Nguồn sáng : bất kỳ đèn LED công suất cao nào

 Trao đổi dữ liệu quang hai chiều

 Tỷ lệ thích ứng rộng

 Tốc độ dữ liệu đỉnh 1 Gbit/s

 Độ trễ thấp (< 2 ms)

 Giao diện Ethernet RJ45 phổ thông

 Kích thước : 87 mm x 114 mm x 42 mm (không kể thấu kính)

Hình 1.12 Thiế t bị ết nố k i LED Blackhaul Frauhofer –

Đến v i thi t b Blackhaul Frauhofer, ớ ế ị đây là một thi t b liên k t khác dế ị ế ựa trên giao tiếp ánh sáng Điều này ch d a trên ph ỉ ự ổIR ổ ồph h ng ngoại – (Ifra red)

thi t b này là : Các tính năng của ế ị

 Đèn LED hồng ngoại

 Sắp xếp dễ dàng: 500 Mb / giây trên 100 m 250 Mb / giây trên 200 m

 Trao đổi dữ liệu hai chiều

Hình 1.13 Thiế t bị Li fi đượ - c phát tri n bể ởi Sangikyo

Gần đây, dựa trên thi t b này, nhà cung c p vi n thông Nh t B n Sangikyo ế ị ấ ễ ậ ả[11] đã cho ra đời sản ph m Li-ẩ Fi đầu tiên d a trên công ngh backhaul LED quang ự ệ

c a Fraunhofer HHI Công ty này ủ đã tung ra sản ph m Li-ẩ Fi đầu tiên mang tên LED Backhaul Công ngh cệ ốt lõi ban đầu được gi i thiớ ệu như ộm t relay video 4K / 8K

tốc độ d u ữliệ đạt được t ừ 100 đến 750 MB/s

1.3.2 H ệ thống VLC c a Velmenni ủ

Hình 1.14 Đèn LED của hãng Velmenni Jugnu

Velmenni [12 là m t công ty kh i nghi] ộ ở ệp ở New Delhi (Ấn Độ) đang triển khai m t thi t b m i ộ ế ị ớ liên quan đến VLC : Jugnu là một thế hệ mới của đèn LED thông minh được chiếu sáng và truyền dữ liệu với ánh sáng khả kiến, trước mắt là đèn LED Li- fi

Hiện Velmenni đang thực hiện một dự án cho phép truyền dữ liệu từ đèn LED tới LED hoặc tới điện thoại di động và internet Do đó Velmenni đang viết một ứng dụng Android có thể nhận dữ liệu từ đèn LED Jugnu

Hình 1.15 Thiế t bị Li -1st Li-1st là thi t b truy n thông song công hoàn ch nh có th t t tế ị ề ỉ ể đạ ới ốc độ 5 Mbps ở ả đườ c ng xuống và đường lên v i phớ ạm vi 5 mét Hơn nữa, Li-1st có th ểtruy n tín hi u NLOS ề ệ

Li-Flame là h ệthống Pure Li-fi th h ế ệthứ hai Nó được gi i thi u t i h i ngh ịớ ệ ạ ộMobile World ngày 2 tháng 5 năm 2015 tạ ội h i tr qu c t phát tri n Scotland Các ợ ố ế ểchức năng của thi t b này gi ng v i Li-1ế ị ố ớ stnhưng các thông số ỹ k thu t thì khác Li-ậFrame bao g m hai thi t b ồ ế ị : đơn vị treo tr n Li-ầ Flame và đơn vị để ắn máy tính để gbàn Li-Flame

B phát Li-Flame có các thông s k ộ ố ỹthuật sau :

 Tốc độ đường xuống tối đa : 10 Mb/s

 Phạm vi hoạt động 3 mét (tối đa 5 mét)

 Cấp nguồn qua cổng POE Ethernet

 Hỗ trợ đa truy nhập

B ộthu Li-Flame có những đặc tính sau :

 Tốc độ đường lên 10 Mbps thông qua kết nối hồng ngoại

 Kết nối với máy tính thông qua USB

 Thiết bị để gắn vào máy tính có khả năng di động cao hơn so với Li-1st vì nó

có pin và bộ thu phát có thể được người dùng điều chỉnh để tối ưu hóa kết nối Li-Flame là bán song công và không song công hoàn toàn như Li-1st

Hình 1.16 Thiế t bị thu và phát Li-Flame -X là s n ph m h ba c a công ty Pure LiFi- c ra m

lần đầu tiên vào tháng 2 năm 2016 tại ộh i ngh Mobile World ị LiFi-X là s n hóa ựtiế

của hệ thống Li-Flame

Theo các tính năng chính của LiFi-X :

 Truy n thông song công hoàn ch nh ề ỉ

 Tốc đ đường lên và đườộ ng xu ng 40 Mb / giây ố

 H USB ỗ trợ

B phát Lifi-X : ộ

 H ngu n Ethernet (POE) ho c PLC ỗtrợ ồ ặ

 Cho phép đa truy nhập

 Điều khi n chuy n giao cho phép chuyể ể ển đổi li n mề ạch thông qua điểm truy

c p (Access Point) ậ

B thu Lifi-X : ộ

 L y ngu n nuôi thông qua c ng USB 2.0.ấ ồ ổ

 H chuy n giao, cho ỗtrợ ể phép người dùng truy nh p phiên không dây c a h ậ ủ ọ

n u h di chuy n.ế ọ ể

Hình 1.17 Thiế t bị thu và phát Li-fi X

Hình 1.18 Thiết bị thu và phát Li-fi XC

Hiệ ạn t i, Lifi-XC, th h ế ệ thư tư của Lifi-X đã được công b vào cuố ối năm

2017 LiFi-XC m i có ki u ớ ể dáng đẹp hơn nhiều, v i v nhôm và thi t k ớ ỏ ế ế ờth i trang

gi ng vố ới ổ USB cao c p H ấ ệthống này có thông s ố như sau :

 Truy n thông song công hoàn ch nh ề ỉ

 Tốc đ đường lên và đườộ ng xu ng 40 Mb / giây ố

B phát ộ Lifi-XC :

 H truy c p v i mỗtrợ ậ ớ ột loạt thiế ịt b ánh sáng LED

 Nhiều tùy ch n g n trên tr n ọ ắ ầ

 H POE ho c PLC ỗtrợ ặ

 D ễ dàng cài đặt vớ ệ thối h ng chi u sáng ế

B thu Lifi-XC : ộ

 Rất nhẹ : 43 Gam

 Tương thích với USB 2.0

 H Window 10, Window 7, Linux ỗtrợ

 Plug and Play

 Hiệu su t quang h c cao v i góc m FOV ấ ọ ớ ở 60 độ

1.3.4 Đèn Panel Li- fi

Hình 1.19 Thiế t bị thu và phát Li-fi VLNComm

Tại CES 2018, công ty VLNComm đã giới thiệu đèn LED Panel [14] v i tớ ốc

độ Download 108 Mb/s và tốc độ chi u up 53 Mb/s và có th ph ề ể ủ sóng trong một

di n tích 48 mét vuông ệ Khoảng 15 người dùng có th ng th i nh n d li u thông ể đồ ờ ậ ữ ệqua vi c s d ng ệ ử ụ thiế ịt b này với độ trễ thấp (< 0,4 ms) [15] Cũng như các hệthống Lifi-X, hệ thống đèn panel Li-fi g m có hai thành ph n : b thu và b phát ồ ầ ộ ộ

1.4 Ưu, nhược điể m của h ệ thống VLC

1.4.1 Ưu điểm

 Băng thông lớn – Dải tần gấp 10000 lần so với sóng vô tuyến

 Mật độ dữ liệu gấp 1000 lần so với Wi-fi do sóng ánh sáng không thể xuyên qua vật thể nên tập trung tại một vùng không gian nhất định

 Tốc độ cao nhờ nhiễu thấp, cường độ chiếu sáng và băng thông lớn

 Chi phí cho hệ thống thấp : vừa có thể dùng để chiếu sáng vừa có thể dùng để truyền thông tin

 An toàn : không gây ra nhiễu điện từ EMI, không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dùng.

 Bảo mật cao

1.4.2 Nhược điểm

 VLC có một nhược điểm lớn so với Wi i đó là thiết bị kết nối phải nằm trong -ftầm nhìn của bóng đèn LED

 Phải thay thế toàn bộ hệ thống chiếu sáng trong nhà

 Không thể sử dụng VLC trong bóng tối

1.5 Kế t luận chương

Nội dung chương mộ đã trình bt ày khái quát v h ề ệ thống truy n thông b ng ề ằánh sáng VLC (Visible Light Communication) Nhìn vào l ch s quá trình phát triị ử ển

c a VLC, ta th y rủ ấ ằng đây là một công ngh ệ đã có từ lâu và hi n tệ ại ngày càng được

ứng d ng vào nhiụ ều lĩnh vực trong cu c s ng M c dù t n t i m t s ộ ố ặ ồ ạ ộ ố nhược điểm nhưng có một điểm rất đáng quý đó là công nghệ này h t s c an toàn v i s c kh e ế ứ ớ ứ ỏcon người Trong tương lai, công ngh VLC h a h n s có nhi u ng dệ ứ ẹ ẽ ề ứ ụng hơn nữa

đố ớ ải v i c truy n thông quang không dây giá r tề ẻ ốc độ cao ở môi trường trong nhà cũng như môi trường ngoài tr i c ly ng n ờ ự ắ

CHƯƠNG 2 ĐẶ - C TÍNH TRUY N D LI U C A Ề Ữ Ệ Ủ

Nhờ nh ng tính ch t tữ ấ ốt như điện năng tiêu thụ ấ th p, giá thành r , tu i th cao, ẻ ổ ọngày nay công ngh truy n thông s dệ ề ử ụng đèn LED đã trở nên ph ổbiế Chương này n

s ẽtrình bày chi ti t vế ề nguyên lý ho t đ ng c a đèn LED, các thành ph n c b n c a ạ ộ ủ ầ ơ ả ủ

m t h ộ ệ thống truy n thông VLC, các mô hình k t nề ế ối VLC cũng như các phương pháp điều ch ế và điều chỉnh độ sáng trong h th ng VLC, nhi u trong VLC và m t ệ ố ễ ộ

s ố phương án nhằm tăng hiệu năng hệthống

2.1 Nguyên lý hoạ t đ ộ ng của đèn LED

LED (vi t t t c a Lighế ắ ủ t Emitting Diode, nghĩa là điốt phát quang) là các điốt

có kh ả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngo i, t ngoạ ử ại Cũng giống như điốt, LED được c u t o t m t kh i bán d n lo i p ghép v i m t kh i bán d n lo i n V i s ấ ạ ừ ộ ố ẫ ạ ớ ộ ố ẫ ạ ớ ựphát tri n c a công nghể ủ ệ, LED đã trở thành phương tiện có hi u qu chi u sáng cao, ệ ả ếtiêu thụ ít điện năng, dần d n thay th ầ ế cho đèn huỳnh quang

Hình 2.1 Đèn LED [16]

Nguyên lý hoạt động c a LED : ủ

LED d a trên công ngh bán d n Hoự ệ ẫ ạt động c a LED gi ng v i nhi u loủ ố ớ ề ại điốt bán d n Kh i bán d n lo i p ch a nhi u lo i l ẫ ố ẫ ạ ứ ề ạ ỗtrống t ự do mang điện tích dương nên khi ghép v i kh i bán d n n chớ ố ẫ ứa các điệ ử ự do mang điện t t n tích âm thì các l ỗtrống này có xu hướng chuyển động khuy ch tán sang kh i n Cùng lúc kh i p l i ế ố ố ạ

nhận thêm các điệ ử (điện t n tích âm) t kh i n chuy n sang K t qu là kh i p tích ừ ố ể ế ả ốđiện âm (thi u h t l ế ụ ỗtrống và dư thừa điện t ) trong khi khử ối n tích điện dương (thiếu

hụt điệ ử và dư thừ ỗn t a l ng) biên gi i hai bên m t ti p giáp, m t s trố Ở ớ ặ ế ộ ố điệ ử ịn t b

l ng thu hút và khi chúng ti n l i gỗtrố ế ạ ần nhau, chúng có xu hướng k t h p v i nhau ế ợ ớ

t o thành các nguyên t trung hòa Quá trình này có th giạ ử ể ải phóng năng lượ g dướn i

d ng ánh sáng (hay các bạ ức xạ điệ ừ có bướn t c sóng gần đó)

Tùy theo mức năng lượng gi i phóng cao hay thả ấp mà bước sóng ánh sáng phát t LED s khác nhau (t c màu s c c a LED s khác nhau) Mừ ẽ ứ ắ ủ ẽ ức năng lượng (và màu s c c a LED) hoàn toàn ph ắ ủ ụthuộc vào cấu trúc năng lượng c a các nguyên t ủ ửchất bán d n ẫ LED thường có điện th phân c c thuế ự ận cao hơn điốt thông thường, trong kho ng 1,5V - ả 3V Nhưng điện th phân c c nghế ự ịch ở LED thì không cao Do

đó LED rấ ễ ị hư hỏng do điệt d b n th ế ngược gây ra

Hình 2.2 Nguyên lý hoạ t đ ộng của đèn LED[17]

Có r t nhiấ ều cách để ạ t o ra ngu n ánh sáng tr ng t ồ ắ ừ đèn LED nhưng hiện có hai cách chính đó là :

 Sử dụng LED xanh trắng đơn chip : một loại chip bán dẫn xanh được phủ một lớp phốt pho bên ngoài Khi có dòng điện đi qua, chip sẽ phát ra ánh sáng

xanh, sau đó phốt pho được kích thích bởi ánh sáng xanh sẽ phát ra màu vàng

Sự kết hợp giữa hai ánh sáng xanh và vàng trên sẽ tạo ra ánh sáng trắng

 Sử dụng LED RGB (Red-Green-Blue): cấu tạo bởi ba chip đơn lẻ : Red – 625

nm, Green 525 nm, Blue 470 – – nm Khi đó ba màu trộn vào nhau sẽ được ánh sáng trắng

Hình 2.3 LED chip đơn xanh[18]

Hình 2.4 LED RGB [19]

2.2 Mô hình h ệ thống truyề n dữ liệu sử ụng đèn LED d

Hình 2.5 Ki n trúc ế cơ bả n ủc a mộ t hệ thống VLC

Ki n trúc cế ơ b n cả ủa một ệ thống VLC đượh c th hiể ện như trong hình 2.5 H ệ

thống bao g m các VLC Front-ồ end được k t n i v i các thi t b u cu ở ột đầế ố ớ ế ị đầ ối m u

và các LED và photo điố ở đầu kia LED đóng vai quan trọt ng khi v a là ngu n sáng ừ ồđồng th i truy n d ờ ề ữliệu D ữliệu được truyền đi giữa hai ho c nhi u thi t b ặ ề ế ị đầu cuối

M i thi t b u cu i bao g m m t máy phát ho c m t máy thu Máy phát truy n d ỗ ế ị đầ ố ồ ộ ặ ộ ề ữliệu vào kênh không gian t ự do và được thu b i mở ột máy thu tại một thiế ị đầt b u cu i ốkhác Thi t b u cu i giao tiế ị đầ ố ếp cho phép người dùng truyền hoặc nhận d u theo ữliệ

loại văn bản ho c hình nh Thi t b u cu i có th m t máy tính xách tay/PC, ặ ả ế ị đầ ố ể là ộthiế ịt b nhúng ho c thặ ậm chí là điện thoại thông minh/ điện tho i ho c máy tính b ng ạ ặ ả[20]

2.2.1 B ộphát

Thành phần chính c a b ủ ộ phát chính là đèn LED là thiết bị dùng để truy n tín ề

hi u ệ đi Có rất nhi u loề ại đèn LED tạo ra ánh sáng trắng như : LED đơn màu phot - pho, LED RGB (Red-Green Blue)… -

Để đèn LED có thể truyền được thông tin thì ta c n ph i k t n i đèn LED vào ầ ả ế ố

h ệthống d u hi n có ữliệ ệ

Có 2 cách kết nối ph bi n là : ổ ế

 Kết hợp với truyền thông đường điện (Power Line Communication –

PLC) : công nghệ này cho phép ta sử dụng đường điện có sẵn để cấp nguồn và truyền

dữ liệu cho bóng đèn LED

Hình 2.6 Mô hình PLC tích h p ợ VLC [21]

Nguyên mẫu tích hợp PLC và VLC đầu tiên được đề xuất vào năm 2003 sử dụng khóa chuyển pha nhị phân (binary phase shift keying) nhằm truyền tải với tốc

độ thấp Việc áp dụng kỹ thuật OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao) được

áp dụng cho hiệu suất quang phổ cao hơn dưới môi trường kênh pha-đinh Trên thực

tế, hệ thống PLC và VLC vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức, chẳng hạn như việc tối ưu cấu trúc mạng và giao thức mạng, mô hình chính xác của kênh cá nhân và kênh tích hợp…[22]

Hình 2.7 Sự khác bi t trong c u trúc các h th ng VLC PLC [21] ệ ấ ệ ố –

H ệthống tích h p VLC và PLC truy n thợ ề ống được th hiện như trong hình 2.7 ể(a) Mỗi đèn LED có mộ ộ ải mã PLC bên trong để ải điềt b gi gi u ch d u t PLC ế ữliệ ừsau đó giải điều ch d li u thông qua mô-đun VLC Điều này tương tự như ế ữ ệ vi c giệ ải

mã và chuy n ti p (Decode-ể ế and-forward) trong h ệ thống chuy n ti p Nó giúp loể ế ại

b nhi u và s tích t nhi u trong quá trình truy n d ỏ ễ ự ụ ễ ề ữ liệu nhưng làm tăng độ phức

t p c a h ạ ủ ệthống (ch ng hẳ ạn như làm tăng kích thước và m c tiêu th ứ ụ điện năng) của mô-đun VLC trong đèn LED Hệ thống này b ị ảnh hưởng bởi các đèn LED lân cận

s truy n các tín hi u khác nhau và cẽ ề ệ ần handover thường xuyên nếu người dùng di chuyển Để kh c phắ ục nhược điểm này, m t h ộ ệthống VLC tích hợp PLC được th ể

hiện như trong hình 2.7 (b) [21]

H ệ thống trong hình 2.7 (b) bao g m t t c ồ ấ ả các đèn LED kế ối cùng được t n

c p m t ngu n s nh n và truy n cùng m t tín hi u t m gấ ộ ồ ẽ ậ ề ộ ệ ừ trạ ốc PLC, sau đó được khuếch đại (kèm lọc) và truy n b i mô-ề ở đun VLC cho đường xuống Điều này cũng

gi ng v i nguyên lý khuố ớ ếch đại và chuy n ti p trong h ể ế ệthống chuy n ti p T t c các ể ế ấ ảđèn LED trong khu vực này s truy n tín hiẽ ề ệu tương tự để ạ t o thành m ng t n s ạ ầ ố đơn (Single Frequency Network) b ng cách truyằ ền thông qua đèn LED Điều này làm

giảm độ ph c t p c a mô-ứ ạ ủ đun VLC trong đèn LED, gi m thi u hi u ng che khuả ể ệ ứ ất

và kh ả năng tự can thi p t ệ ừ các đèn LED lân cận truy n tín hi u ề ệ khác nhau, đồng thời tránh được handover thường xuyên khi người dùng di chuy n [21] ể

 Kết hợp với truyền thông qua Ethernet (Power over Ethernet PoE) : –

Việc cấp nguồn và truyền thông được thực hiện bằng cách sử dụng một cáp nối Ethernet

Hình 2.8 Mô hình PoE trong công ngh VLC [23] ệ

Điện áp thấp được truy n qua cáp Ethernet hiề ện có để ậ v n hành các b ộ đèn, trong đó dữ ệu đượ li c g i và thu thử ập qua đó Được h ỗ trợ b i PoE, m i thi t b ở ỗ ế ịchiếu sáng LED có th là thi t b c m và ch y chu n k t n i RJ-45 ng vể ế ị ắ ạ ẩ ế ố ứ ới địa ch IP riêng ỉ

c a nó M i hub LED nủ ỗ ếu được thêm các c m bi n thông minh có th thu th p thông ả ế ể ậtin v ề môi trường xung quanh bao g m nhiồ ệt độ, độ ẩ m và các d u khác Ví d ữliệ ụ :

c m bi n chiả ế ếm dụng có th ể đảm bả ằo r ng ánh sáng bật khi có ai đó vào phòng và tắt khi căn phòng không có người, c m bi n ánh sáng s ả ế ẽ điều ch nh ánh sáng ban ngày ỉ

và duy trì ánh sáng liên t c ngay c khi ánh sáng m t tr i v ng m t V i PoE, h ụ ả ặ ờ ắ ặ ớ ệthống chiếu sáng LED đã trở thành m t ph n c a m ng IT, ph m vi ti p c n c a nó ộ ầ ủ ạ ạ ế ậ ủvượt ra ngoài ph m vi mạ ột căn phòng và có thể được ti p c n b i b t k ế ậ ở ấ ỳthiế ịt b thông minh nào khác như điện tho i, máy tính bạ ảng, PC…[23]

Hình 2.9 Mô hình chiế u sáng PoE trong văn phòng c ủa Philips [24] 2.2.2 B thu ộ

Hình 2.10 Sơ đồ kh i b thu d ệu ố ộ ữli2.2.2.1 B t p trung quang ộ ậ

Trong môi trường truy n, có r t nhi u ngu n sáng không mong muề ấ ề ồ ốn đến v i ớ

b thu d u mà b thu không th x ộ ữ liệ ộ ể ử lý được h t t t c các ngu n sáng khác M t ế ấ ả ồ ộ

b t p trung quang s giúp cho b thu d u nhộ ậ ẽ ộ ữ liệ ận được tín hi u quang c n thiệ ầ ết để

x ửlý quá trình truyề –n nh n d u ậ ữliệ

Hình 2.11 Bộ ậ t p trung quang trong th c tế ự

B t p trung quang s có nhi m v t p trung ánh sáng ộ ậ ẽ ệ ụ ậ thu vào m t vùng nh ộ ỏhơn để b thu có th d dàng l c tín hi u, ngoài ra b t p trung quang còn có tác dộ ể ễ ọ ệ ộ ậ ụng

h n ch các tia sáng không mang thông tin ạ ế

Nguyên lý hoạ ột đ ng của thấu kính hội tụ :

Hình 2.12 Nguyên lý c a th u kính hủ ấ ộ ụi tThấu kính h i t có ph n rìa mộ ụ ầ ỏng hơn hơn phần gi a Chùm tia sáng song ữsong khi đi qua ấth u kính s ẽ được h i t t i 1 tâm nhộ ụ ạ ất định tùy theo hình d ng c a ạ ủthấu kính C u t o: ấ ạ

 Quang tâm O, tiêu điểm F, F’

 Tiêu cự f = OF =OF’

Tính chất:

 Tia tới song song với trục chính cho tia ló tiếp tục truyền thẳng

 Tia tới qua quang tâm O cho tia ló tiếp túc truyền thẳng

 Tia tới qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục chính

Các photon có th ể là ở vùng ph ánh sáng nhìn th y, h ng ngo i, t ngo i, tia ổ ấ ồ ạ ử ạ

X, tia gamma Khi photon xâm nh p l p hoậ ớ ạt động c a photo ủ điốt p giáp p-là tiế

n ho c c u trúc PIN, s tặ ấ ẽ ạo ra điện tích làm phát sinh dòng điện Tùy theo cách thức chế ạo, mà dòng điệ t n này nh và ỏ photo điốt dùng làm c m bi n photon, hay dòng ả ếđiện đủ ớn để l làm nguồn điện như trong pin m t tr i ặ ờ

C m bi n photo ả ế điốt có ng d ng r ng rãi trong k ứ ụ ộ ỹ thuậ điệ ử đặt n t , c bi t là ệcác thiết bị đo đạc, giám sát, truy n dề ẫn thông tin, điều khiển,…

Nguyên lý hoạt động c a ủ photo điốt :

Photo điốt có c u trúc l p hoấ ớ ạt động là ti p giáp p-n, lo i mế ạ ới hơn là cấu trúc PIN Khi photon có năng lượng đủ ớ để l n xâm nh p l p ho t đ ng này s b h p thu, ậ ớ ạ ộ ẽ ị ấ

và theo hi u ệ ứng quang điệ ạn t o ra cặp điệ ửn t - l ng N u h p th x y ra trong ỗ trố ế ấ ụ ảvùng nghèo c a ti p giáp ho c vùng khuủ ế ặ ếch đại, điện trường c a vùng nghèo làm các ủ

hạt mang điện d ch chuy n, l ng v an t ị ể ỗtrố ề ố còn điệ ử ền t v t t, làm phát sinh dòng ca ốđiện

Ở photo điố ồ ạt t n t i dòng g i là dòng t i, là dòng khi không có photon chi u ọ ố ếvào Dòng điện qua photo điốt là t ng c a dòng ổ ủ quang điện và dòng rò Để tăng độ

nh y c m bi n thì công ngh ạ ả ế ệchế ạ t o phải hạn ch ế được dòng rò

Trong điều kiện lý tưởng, m i photon chi u vào s sinh ra m t c p l tr ng ỗ ế ẽ ộ ặ ỗ ố –điệ ửn t Và giá tr trung bình cị ủa dòng điện ra t l v i công su t chiỉ ệ ớ ấ ếu vào Nhưng