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
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM ĐỨC THỊNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TRUYỀN DỮ LIỆU CỦA ĐÈN LED LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS HÀ DUYÊN TRUNG HÀ NỘI - 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204959851000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu thân Các nghiên cứu luận văn dựa tổng hợp lý thuyết hiểu biết thực tế mình, không chép từ luận văn khác Mọi thơng tin trích dẫn tn theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng tài liệu tham khảo Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với nội dung viết luận văn Học viên Phạm Đức Thịnh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .8 MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG 14 1.1 Khái niệm hệ thống Visible Light Communication (VLC) 14 1.2 Lịch sử phát triển công nghệ truyền thông không dây VLC 15 1.3 Công nghệ VLC thực tế 17 1.3.1 Hệ thống VLC viện Fraunhofer 21 1.3.2 Hệ thống VLC Velmenni 24 1.3.3 Hệ thống Pure Li-fi 24 1.3.4 Đèn Panel Li-fi 28 1.4 Ưu, nhược điểm hệ thống VLC 28 1.4.1 Ưu điểm 28 1.4.2 Nhược điểm 29 1.5 Kết luận chương 29 CHƯƠNG - ĐẶC TÍNH TRUYỀN DỮ LIỆU CỦA ĐÈN LED 30 2.1 Nguyên lý hoạt động đèn LED 30 2.2 Mơ hình hệ thống truyền liệu sử dụng đèn LED 33 2.2.1 Bộ phát 34 2.2.2 Bộ thu 37 2.2.2.1 Bộ tập trung quang 37 2.2.2.2 Photo điốt 39 2.2.2.3 Bộ chuyển đổi quang điện 41 2.2.3 Môi trường truyền 42 2.2.3.1 Mơ hình kết nối trực tiếp (Directed LOS) .42 2.2.3.2 Mơ hình kết nối gián tiếp (Nondirected LOS) 43 2.2.3.3 Mô hình kết nối khuếch tán (Diffuse) .44 2.3 Phương pháp điều chế cường độ tách sóng trực tiếp IM/DD (Intensity Modulation/ Direct Detector) 45 2.4 Các phương pháp điều chế điều chỉnh độ sáng hệ thống VLC 46 2.4.1 Phương pháp điều chế khóa đóng mở On-Off Keying (OOK) 46 2.4.2 Phương pháp điều chế vị trí xung biến đổi (Variable Pulse Position Modulation – VPPM) 48 2.4.3 Phương pháp điều chế khóa dịch màu (Color-Shift Keying) 50 2.4.3.1 Điều chế – CSK (2 bit/ ký hiệu) 54 2.4.3.2 Điều chế – CSK (3 bit/ ký hiệu) 56 2.4.3.3 Điều chế 16 – CSK (4 bit/ ký hiệu) 57 2.5 Các loại nhiễu truyền thông sử dụng đèn LED 58 2.5.1 Nhiễu nhiệt 58 2.5.2 Nhiễu nổ 58 2.5.3 Tín hiệu méo hiệu ứng truyền đa đường 60 2.5.4 Tỷ số SNR 60 2.6 Một số giải pháp cải thiện hiệu hệ thống truyền liệu đèn LED 61 2.6.1 Giải pháp tăng tốc độ truyền dẫn liệu sử dụng MIMO 61 2.6.2 Giải pháp sử dụng chuyển tiếp (Relay) 62 2.6.3 Giải pháp sử dụng chùm quang kết hợp TDMA 63 2.7 Một số phân tích mơ hình truyền thông sử dụng đèn LED môi trường nhà 64 2.8 Kết luận chương 67 CHƯƠNG – MƠ HÌNH GIẢI TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU SỬ DỤNG ĐÈN LED 68 3.1 Mơ hình kênh truyền liệu sử dụng đèn LED mơi trường nhà 68 3.2 Tính toán đại lượng liên quan đến việc truyền liệu sử dụng đèn LED môi trường nhà 70 3.2.1 Cường độ sáng 70 3.2.2 Phân bố cơng suất thu phịng 74 3.2.3 Giá trị trễ RMS (Root Mean Square) mặt phẳng thu 78 3.3 Kết luận chương 80 KẾT LUẬN CHUNG 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AWGN Từ đầy đủ Nghĩa Tiếng Việt A Additive White Gaussian Noise Nhiễu trắng Gaussian B BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit C CS Compensation Symbol Ký hiệu dư thừa CSK Color Shift Keying Khóa dịch màu D DC Direct Current Dịng chiều F FOV Field of View Tầm nhìn IR Intensity Modulation/Direct Detection Infrared LED Light Emit Dioide I Điều chế cường độ/tách sóng trực tiếp Hồng ngoại L Đi ốt phát quang LOS Light Of Sight Tầm nhìn thẳng IM/DD M MD MIMO MFTP Mean Delay Multi Input Multi Output Maximum Flickering Time Period Trễ trải Đa đầu vào, đa đầu Thời gian nhấp nháy tối đa N ầ OFDM OOK OWC Orthogonal Frequency Division Multiplexing On-Off Keying Optical Wireless Communication Oẳ Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Khóa bật tắt Truyền thơng quang khơng 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 vng góc R RF Radio Frequency Tần số vơ tuyến RMS Root Mean Square Trễ hiệu dụng SNR Signal to Noise Ratio TDMA Time-division multiple access VLC Visible Light Communication VPPM Variable Pulse Position Modulation S Tỉ số tín hiệu tạp âm T Đa truy nhập phân chia theo thời gian V Truyền thông quang dùng ánh sáng nhìn thấy Điều chế vị trí xung biến đổi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các dải màu không gian màu CIE 1931 với tọa độ màu (x, y) [37] 52 Bảng 2.2 Các kết hợp dải màu hợp lệ điều chế CSK [39] 54 Bảng 3.1 Các tham số 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Dải bước sóng ánh sáng nhìn thấy 14 Hình 1.2 Ngọn hải đăng Hịn Dấu – Đồ Sơn 15 Hình 1.3 Mơ hình thu phát photophone [1] 16 Hình 1.4 Cơng nghệ VLC thực tế [4] 18 Hình 1.5 Hệ thống chiếu sáng thông minh [5] 18 Hình 1.6 Ứng dụng VLC hệ thống giao thông vận tải [7] 19 Hình 1.7 Ứng dụng VLC truyền thơng nước [7] 19 Hình 1.8 Thiết bị i-MAJUN [8] 20 Hình 1.9 Ứng dụng VLC lĩnh vực hàng không [9] 20 Hình 1.10 Ứng dụng VLC bệnh viện 21 Hình 1.11 Hệ thống kết nối thu phát viện Fraunhofer 22 Hình 1.12 Thiết bị kết nối LED – Blackhaul Frauhofer 22 Hình 1.13 Thiết bị Li-fi phát triển Sangikyo 23 Hình 1.14 Đèn LED hãng Velmenni Jugnu 24 Hình 1.15 Thiết bị Li-1st 25 Hình 1.16 Thiết bị thu phát Li-Flame 26 Hình 1.17 Thiết bị thu phát Li-fi X 27 Hình 1.18 Thiết bị thu phát Li-fi XC 27 Hình 1.19 Thiết bị thu phát Li-fi VLNComm 28 Hình 2.1 Đèn LED [16] 30 Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động 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 hệ thống VLC 33 Hình 2.6 Mơ hình PLC tích hợp VLC [21] 34 Hình 2.7 Sự khác biệt cấu trúc hệ thống VLC – PLC [21] 35 Hình 2.8 Mơ hình PoE cơng nghệ VLC [23] 36 Hình 2.9 Mơ hình chiếu sáng PoE văn phòng Philips [24] 37 Hình 2.10 Sơ đồ khối thu liệu 37 Hình 2.11 Bộ tập trung quang thực tế 38 Hình 2.12 Nguyên lý thấu kính hội tụ 38 Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động Photo điốt [25] 40 Hình 2.14 Photo điốt BPW21R [27] 41 Hình 2.15 Bộ chuyển đổi quang điện 42 Hình 2.16 Mơ hình kết nối trực tiếp [29] 43 Hình 2.17 Mơ hình kết nối gián tiếp [29] 43 Hình 2.18 Mơ hình kết nối khuếch tán [29] 44 Hình 2.19 Mơ hình kênh truyền VLC IM/DD 45 Hình 2.20 Điều chế OOK [32] 47 Hình 2.21 Mã hóa Manchester luồng bit nhị phân [33] 48 Hình 2.22 Nguyên lý hoạt động phương pháp điều chế biến đổi xung VPPM [35] 49 Hình 2.23 Điều chế xung ánh sáng [35] 50 Hình 2.24 Khơng gian màu CIE với hai trục xy dải màu (000 đến 110) 52 Hình 2.25 Mơ hình hệ thống CSK [38] 53 Hình 2.26 Khơng gian ký hiệu 4-CSK [39] 55 Hình 2.27 Ánh xạ liệu – CSK [39] 55