Nghiên cứu về công nghệ truyền dẫn thông tin trong dải ánh sáng nhìn thấy VLC và các ứng dụng trong giao thông thông minh

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng đƣợc hƣớng dẫn khoa học TS Hà Duyên Trung Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chƣa công bố dƣới hình thức trƣớc Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, luận văn sử dụng số nhận xét, đánh giá nhƣ số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Ngƣời viết luận văn Nguyễn Yến Chi KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY 12 1.1 Giới thiệu .12 1.2 Lịch sử phát triển công nghệ VLC 12 1.3 Đặc điểm công nghệ VLC 16 1.3.1 Dung lƣợng 16 1.3.2 Hiệu 16 1.3.3 An toàn 17 1.3.4 Bảo mật 17 1.4 Các ứng dụng công nghệ VLC .18 1.4.1 Hàng không 18 1.4.2 Chiếu sáng thông minh 19 1.4.3 Các môi trƣờng nguy hiểm 19 1.4.4 Kết nối thiết bị 19 1.4.5 Các phƣơng tiện giao thông .19 1.4.6 Quân đội bảo mật .20 1.4.7 Thông tin dƣới nƣớc .20 1.4.8 Y tế 20 1.5 Các thành phần hệ thống VLC 21 1.5.1 Phía phát .21 1.5.1.1 Cấu trúc phía phát 21 1.5.1.2 Hoạt động LED 22 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG 1.5.1.3 LUẬN VĂN THẠC SĨ Phân loại LED 23 1.5.2 Kênh truyền 26 1.5.3 Phía thu 27 1.5.3.1 Diode tách quang 28 1.5.3.2 Chip cảm biến hình ảnh (Image Sensor – IS) 30 1.5.3.3 Bộ tập trung quang 31 1.5.3.4 Bộ lọc quang 32 Điều chế VLC 32 1.5.4 1.5.4.1 Giới thiệu .32 1.5.4.2 Cơ chế điều chế khóa đóng mở (OOK) 33 1.6 Ứng dụng VLC hệ thống giao thông thông minh 37 1.7 Kết luận chƣơng 38 CHƢƠNG - HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VLC 39 2.1 Giới thiệu .39 2.1 Giới thiệu hệ thống giao thông thông minh (ITS) 39 2.1.1 Sự cần thiết hệ thống giao thông thông minh 39 2.1.2 Đặc tính quan trọng hệ thống giao thông thông minh 39 2.1.2.1 Tính toán tự động 39 2.1.2.2 Kiến trúc phân tán 40 2.2 Truyền thông mạng lƣới phƣơng tiện 40 2.3 Kiến trúc ITS phƣơng tiện truyền thông .43 2.3.1 Kiến trúc ITS 43 2.3.2 Kiến trúc truyền thông ITS 45 2.3.3 So sánh hệ thống VLC hệ thống vô tuyến .46 2.4 Hệ thống VLC ứng dụng ITS 47 2.4.1 Kịch thứ 47 2.4.2 Kịch thứ hai 48 2.5 Kiến trúc hệ thống VLC ứng dụng hệ thống ITS 49 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ 2.5.1 Phía phát VLC ITS 49 2.5.2 Phía thu VLC ITS 50 2.5.3 Kênh truyền VLC hệ thống ITS 51 2.6 Kết luận chƣơng .53 CHƢƠNG - MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT VÀ ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG VLC ỨNG DỤNG TRONG ITS 54 3.1 Giới thiệu .54 3.2 Phân tích đặc tính thành phần phát hệ thống VLC ứng dụng cho hệ thống ITS .55 3.2.1 Đặc điểm thiết bị phát hệ thống ITS ứng dụng công nghệ VLC 55 3.2.2 So sánh LED cho chiếu sáng đèn đƣờng cho đèn tín hiệu giao thông 55 3.2.3 Các LED chiếu sáng đƣờng 55 3.2.3.1 Mô hình LED chiếu sáng đèn đƣờng .56 3.2.3.2 Tầm nhìn xa (visibility) ngƣời .57 3.2.3.3 Cƣờng độ chiếu sáng, đồng phân bố 58 3.2.3.4 LED Yêu cầu cƣờng độ chiếu sáng cho đèn giao thông dựa 61 3.2.4 LED cho đèn tín hiệu giao thông 62 3.2.4.1 Nguồn điểm LED (LED point source) 63 3.2.4.2 Mô hình nguồn phát đèn tín hiệu giao thông dựa LED .65 3.2.4.3 Phân loại ma trận LED cho nguồn phát VLC 68 3.2.4.4 Mô hình nguồn phát VLC đèn tín hiệu giao thông dựa LED 70 3.3 Mô hình kênh 72 3.4 Kết luận chƣơng 76 CHƢƠNG - MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 77 4.1 Mô hình mô 77 4.1.1 Mô tả hệ thống 77 4.1.2 Mô độ lợi lan truyền quang 79 4.1.3 Mô tỷ số SNR dƣới tác động nhiễu .81 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ 4.2 Kết mô phân tích .83 4.2.1 Phân bố công suất phía thu 83 4.2.2 Đánh giá chất lƣợng hệ thống qua tỷ số tín hiệu nhiễu SNR 84 4.3 Kết luận chƣơng .88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BER Bit error rate Bps Bit giây ETSI European Telecommunications Standard Institute FOV Field of View IM/DD Intensity Modulation/ Direct Detection ISI Intersymbol Interference ITS Intelligent Transport System LDT Luminance Difference Threshold LED Light emmiting diode LOS Light of Sight NLOS None Light of Sight OLED Organic Light emmiting diode OOK On Off Keying PPM Pulse Position Modulation PSD Power Spectral Density RGB Red Green Blue SNR Signal to Noise Ratio VLC Visible light communication V2V Vehicle to vehicle KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lịch sử phát triển VLC .16 Bảng 1.2 So sánh tham số VLC, IRB FRB 18 Bảng 2.1 Các dịch vụ ITS 43 Bảng 3.1 Giá trị I 2.5,0 62 Bảng 3.2 So sánh loại LED 66 Bảng 4.1 Tham số mô 78 Bảng 4.2 Các đặc tính đèn giao thông dựa LED PD tốc độ cao .81 Bảng 4.3 Các tham số cho tính toán SNR 82 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Dải phổ ánh sáng nhìn thấy 12 Hình 1.2 VLC khoang máy bay 19 Hình 1.3 VLC truyền thông dƣới nƣớc 20 Hình 1.4 Các thiết bị y tế nhạy cảm với sóng vô tuyến làm việc với VLC 21 Hình 1.5 Mô hình hệ thống VLC 21 Hình 1.6 Thành phần phía phát hệ thống VLC 22 Hình 1.7 Hoạt động LED 23 Hình 1.8 Phân loại LED 24 Hình 1.9 Hai cách tạo ánh sáng trắng từ LED .25 Hình 1.10.Cƣờng độ phổ phát xạ (a) LED đơn chip, (b) LED RGB 26 Hình 1.11 Mô hình kênh truyền LOS .27 Hình 1.12 Mô hình kênh truyền phân tán 27 Hình 1.13 Thành phần thu hệ thống VLC 28 Hình 1.14 Cấu trúc Diode PIN 28 Hình 1.15 Cấu trúc Diode thác APD 30 Hình 1.16 Chip cảm biến hình ảnh CMOS .30 Hình 1.17 Bộ tập trung quang CPC 31 Hình 1.18 Quá trình phản xạ CPC .31 Hình 1.19 Sơ đồ khối máy thu hệ thống IM/DD điển hình 33 Hình 1.20 Biểu diễn khoảng cách nhỏ 36 Hình 1.21 Hệ thống giao thông thông minh sử dụng VLC .37 Hình 2.1 Mô hình tham chiếu cho ITS 44 Hình 2.2 Kiến trúc truyền thông ITS 45 Hình 2.3 Kịch ứng dụng trời ITS dựa VLC .47 Hình 2.4 Kịch tích hợp đèn tín hiệu giao thông với ITS 48 Hình 2.5 Kiến trúc hệ thống VLC cho việc quảng bá thông tin hệ thống ITS 49 Hình 2.6 (a) Cấu hình hệ thống VLC car-to-car, (b) Sự phản xạ từ mặt đƣờng ( phản xạ phân tán) .52 Hình 3.1 Mô hình LED chiếu sáng đèn đƣờng 57 Hình 3.2 Cƣờng độ chiếu sáng 59 Hình 3.3 Nguồn phát Lambertian 63 Hình 3.4 Mô hình xạ: Hàm m 64 Hình 3.5 Mô hình kết nối 370 HB-LED .66 Hình 3.6 Mô hình kết nối 69 Power LED 67 Hình 3.7 Phân bố độ sáng 67 Hình 3.8 a.Vuông; b Tam giác 68 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 3.9 (c)Vòng tròn; (d) Ma trận vòng đồng tâm; (e) Vòng tròn đồng tâm với LED trung tâm .69 Hình 3.10 (a) Đặt 370 LED 12 vòng tròn đồng tâm với phần trăm chiếm chỗ gần dọc đƣờng bao (b) Đặt 370 LED 12 vòng tròn đồng tâm với 100% chiếm chỗ nửa số vòng giảm chiếm chỗ vòng giữ nguyên số LED vòng nhƣ vòng 70 Hình 3.11 Mô tả LED chiếu sáng 71 Hình 3.12 Mô hình kênh truyền đèn tín hiệu giao thông phƣơng tiện 73 Hình 3.13 Độ lợi kênh qua khoảng cách 75 Hình 4.1 Mô hình hệ thống ITS đơn giản ứng dụng công nghệ VLC 77 Hình 4.2 Phân bố công suất phía thu 84 Hình 4.3 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ bit 106bit/s 85 Hình 4.4 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ bit 105bit/s 85 Hình 4.5 số SNR theo tọa độ x y với tốc độ bit 104bit/s 86 Hình 4.6 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ 103bit/s 86 Hình 4.7 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ 103bit/s 87 Hình 4.8 Tỷ số SNR theo với hai cặp tọa độ (x,y) khác với tốc độ 105bit/s 87 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MỞ ĐẦU Ngày nay, truyền thông không dây trở thành vấn đề sống truyền lƣợng lớn liệu ngày Cách truyền liệu không dây chủ yếu sóng điện từ, đặc biệt sóng vô tuyến Tuy nhiên, sóng vô tuyến có băng tần giới hạn phổ tần bị hạn chế giao thoa Thêm vào đó, phổ tần vô tuyến chật chội khó khăn cho việc tìm kiếm dung lƣợng vô tuyến để hỗ trợ ứng dụng truyền thông Có loại truyền thông không dây với tƣơng lai hứa hẹn bổ sung cho sóng vô tuyến truyền thông ánh sáng nhìn thấy-VLC VLC công nghệ truyền thông liệu mà sử dụng nguồn ánh sáng nhƣ máy phát tín hiệu, không khí nhƣ môi trƣờng truyền dẫn hay kênh truyền thiết bị nhận tín hiệu Nói chung máy phát thƣờng diode phát quang LED thiết bị phía thu tách sóng quang, thƣờng diode tách sóng Bằng cách sử dụng VLC cho ứng dụng khoảng cách ngắn, bổ sung cho sóng vô tuyến để đạt đƣợc tốc độ liệu cao băng thông rộng Dựa nghiên cứu chi tiết nghiên cứu VLC, thấy chƣa có nhiều nghiên cứu đƣợc thực phát triển công nghệ cho việc sử dụng thƣơng mại hóa Nhƣng nghiên cứu VLC tƣơng đối nhiều khả mở rộng nghiên cứu, đề tài chọn lựa nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy VLC đƣợc áp dụng cho ứng dụng nhà ứng dụng trời Hiện nay, giao thông thông minh hệ thống đƣợc xây dựng phát triển nhằm giảm tắc nghẽn đảm bảo an toàn giao thông Bởi an toàn giao thông vấn đề đƣợc quan tâm xã hội gây nhiều hệ lụy nghiệm trọng Giao thông thông minh (ITS) hệ thống giao thông ứng dụng công nghệ, có công nghệ VLC Công nghệ VLC giúp cho thành phần hệ thống ITS trao đổi thông tin với ví dụ thông tin phƣơng tiện với nhau, thông tin phƣơng tiện tham gia giao thông thiết bị 10 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ hƣớng máy thu (orientation of the receiver) góc tới (angle of incidence) góc góc tƣơng ứng với chuẩn là góc xạ (angle of irradiance) Nhƣ góc đƣờng truyền thẳng từ máy phát tới nguồn Hai véc tơ ns nr hai vectơ hƣớng (heading vector) nguồn phát máy thu Để đơn giản cho việc mô ta giả sử nguồn phát đèn tín hiệu giao thông có LED Ở hình 4.1, giả sử đèn tín hiệu giao thông LED chỗ giao cắt nơi mà ô tô nhận tín hiệu giao thông Chiều cao đèn tín hiệu giao thông Chiều dài tay đèn tín hiệu giao thông đƣợc giả sử tọa độ vị trí (x,y,z) đƣợc giả sử (0,0,h) Các tham số mô ITS đƣợc đƣa bảng 4.1 cho mô máy tính Các tham số Ý nghĩa giá trị h Độ cao đèn giao thông biểu diễn trục y z Khoảng cách từ chân đèn giao thông đến phƣơng tiện W Độ rộng x Khoảng cách từ chân đèn giao thông đến phƣơng tiện d Khoảng cách trực tiếp từ máy phát đến máy thu hpa Góc nửa công suất máy phát Góc xạ Định hƣớng máy thu Góc tới FOV Field of view hc Khoảng cách phƣơng tiện với lề đƣờng Bảng 4.1 Tham số mô Vị trí PD đƣợc đặt tọa độ (x,y,0) x khoảng cách theo hƣớng hƣớng nằm ngang y khoảng cách theo hƣớng dọc đƣờng Chiều cao 78 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ phƣơng tiện hc Giả sử không gian bên lớn nhiều so với phía máy thu, để máy thu điểm nhỏ, so với không gian xung quanh, góc thay đổi theo vị trí phƣơng tiện (x,y) Khoảng cách d LOS đèn tín hiệu giao thông máy thu: d x2 y (h hc )2 Thêm vào góc tƣơng ứng với máy phát ar cos (4.1) đƣợc đƣa bởi: x d (4.2) Thêm vào đó, khu vực dịch vụ hình 4.1 khu vực truyền tin cung cấp ngƣỡng SNR để đạt BER mong muốn Ở phần ta mô công suất quang đầu theo tọa độ (x,y,z) thay đổi nghĩa theo vị trí phƣơng tiện Đồng thời mô tỷ số tín hiệu nhiễu SNR hệ thống theo tọa độ (x,y,z) Từ đánh giá đƣợc chất lƣợng hệ thống ITS dựa công nghệ VLC 4.1.2 Mô độ lợi lan truyền quang Các tín hiệu quang nói chung lan truyền theo hai đƣờng Một đƣờng đƣờng không vật cản LOS máy phát máy thu đƣờng khác dựa phản xạ ánh sáng từ bề mặt phản xạ Bởi tín hiệu quang nhận đƣợc từ LOS mạnh nhất, coi nhƣ gần đƣờng suy hao đƣờng suy hao LOS Trong mô hình ITS mô nhƣ hình 4.1, đèn tín hiệu giao thông chiếu thẳng xuống Nếu bỏ qua hiệu ứng che khuất (shadowing) gây vật cản máy phát máy thu, đƣờng truyền quang LOS đƣợc tính toán từ mô hình Lambertian nhƣ phân tích chƣơng Mô hình ánh sáng lan truyền nhƣ bên từ nguồn sáng Độ lợi dòng chiều trực tiếp kênh LOS đƣợc tính theo công thức: 79 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG thermal LUẬN VĂN THẠC SĨ kTk 16 kTK AI B g gm A2 I B3 (4.3) Trong đó: d khoảng cách truyền dẫn, A vùng lộ sáng PD Ở đó, m bậc tƣơng ứng với nửa góc phát xạ hpa: ln ln cos hpa m (4.4) Một lọc quang thƣờng làm suy giảm nhiễu ánh sáng xung quanh tập trung đƣợc thực để đạt đƣợc độ lợi quang hiệu mà không tăng diện tích lộ sáng PD Cả lọc quang tập trung đƣợc nằm PD, dựa phƣơng trình (4.3) độ lợi kênh chiều Công suất quang đầu Pr đƣợc tính toán nhƣ sau: Pr Pt m A cosm Ts 2 d Pt công suất quang phát; Ts G cos (4.5) độ lợi lọc, G độ lợi tập trung quang: G n2 sin Trong đó: n số khúc xạ vật liệu, (4.6) C C nửa FOV tập trung Photodiode tốc độ cao đƣợc thiết kế để nhận độ lợi G lớn với trả giá góc FOV nhỏ lại thêm vào đó, ứng dụng thực tế cần công suất LED lớn 1W, triển khai đèn tín hiệu giao thông LED với công suất phát 1.2W nhƣ mô Các tham số khác đƣợc liệt kê bảng 4.3 80 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Tham số Giá trị Tham số Giá trị Công suất phát 1200mW Diện tích PD A=1cm2 600 Độ lợi lọc quang Pt Góc nửa công suất hpa Ts c Số LED Hệ số khúc xạ, n 1.5 Bậc phát m=1 FOV tập trung 300 xạ Độ lợi quang Hiệu suất biến đổi tập trung G Chiều cao 0.53(A/W) O/E 5m Chiều cao đèn tín hiệu h Độ rộng C 0,8 m phƣơng tiện hc 15m Bảng 4.2 Các đặc tính đèn giao thông dựa LED photodiode tốc độ cao Dựa mô hình ITS hình 4.1 tham số mô bảng 4.1 bảng 4.2, kết mô phân bố công suất quang nhận đƣợc đƣợc đƣa hình 5.2 qua công thức (4.5) 4.1.3 Mô tỷ số SNR dƣới tác động nhiễu Nhiễu ánh sáng tồn nhƣ giới hạn cho truyền dẫn liệu tốc độ cao hệ thống VLC Bởi phía thu, photodiode nhận tín hiệu quang tín hiệu chiếu sáng tự nhiên nhân tạo không mong muốn Xem xét thành phần thu, khuếch đại quang, lọc thông dải photodiode Pin hình thành loại photodiode tốc độ cao Một PIN PD đƣợc đề xuất cho ứng dụng trời khả chuyển mạch nhanh Thêm vào xây dựng trở kháng transitor dựa FET (low-noise field effect transitor) tiền khuếch đại Vì thế, nhiễu nổ nhiễu nhiệt 81 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ tạo nhiễu tổng phía thu Nhƣ phân tích ta có công thức tính nhiễu nhiệt: thermal kTk 16 kTK AI B g gm A2 I B3 (4.7) Công thức tính nhiễu nổ: shot 2q Pr B 2qIbg I B (4.8) Ở đó: Độ lợi điện áp vòng hở, (g) 10 Điện dung cố định 112pF/cm2 Độ dẫn FET (gm) 30mS Hệ số băng thông nhiễu (I2) 0.562 Hệ số băng thông nhiễu (I3) 0.0868 Hệ số nhiễu kênh FET ( ) 1.5 Tốc độ liệu (B) 100bit/s,1Mb/s,10Mb/s,100Mb/s,1000Mb/s Hằng số Bolzman (k) 1,38x10-23 Nhiệt độ tuyệt đối (Tk) 298K Đáp ứng PD ( ) 0.54(A/W) Hệ số nhiễu kênh FET 1.5 Bậc mô hình Lambertan (m) Dòng nhiễu nhận đƣợc 5100 A Điện tích (q) 1.6x10-19 Bảng 4.3 Các tham số cho tính toán SNR Phƣơng sai nhiễu tổng đƣợc biểu diễn nhƣ sau: 82 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ total thermal (4.9) shot Ở ta sử dụng điều chế OOK hệ thống VLC, với kênh AWGN Do đó, phía máy thu ta nhận đƣợc tỷ số tín hiệu nhiễu tín hiệu điện là: Pr SNR (4.10) total Giá trị BER đƣợc tính theo công thức BER Q SNR Q( Pr ) (4.11) total Ở hàm Q(x) hàm Q đƣợc sử dụng để tính xác suất phân bố Gauss đƣợc tính bằng: Q(x) e y2 dy (4.12) x 4.2 Kết mô phân tích 4.2.1 Phân bố công suất phía thu Các giá trị tọa độ x y hàm bậc lambertian m nên ta có tọa độ x(m) y(m) Từ kết mô ta thấy tổn hao đƣờng truyền quang tăng với khoảng cách Với khoảng 3m trục x, thấy diện tích nơi mà công suất quang nhận đƣợc thấp diện tích khỏi góc rọi ánh sáng đèn LED Chú ý BER 10-6 đƣợc mong muốn hệ thống thông tin quang vô tuyến thành công để trì đƣờng truyền quang tin cậy Trong 83 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ mở rộng khoảng cách truyền dẫn liệu chắn giảm công suất quang nhận đƣợc, kỹ thuật thỏa mãn BER chí với SNR nhỏ nên đƣợc phát triển Hình 4.2 Phân bố công suất phía thu 4.2.2 Đánh giá chất lƣợng hệ thống qua tỷ số tín hiệu nhiễu SNR Nhƣ công suất đầu phụ thuộc vào giá trị tọa độ x y Tỷ số SNR phụ thuộc vào công suất quang phía thu Do đó, khảo sát chất lƣợng hệ thống qua tỷ số SNR phụ thuộc vào tham số tọa độ x y 84 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 4.3 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ bit 106bit/s Hình 4.4 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ bit 105bit/s 85 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 4.5 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ bit 104bit/s SNR đƣợc yêu cầu để đạt đƣợc BER ngƣỡng 10-6 hay SNR mức lớn 13.6dB Rõ ràng tốc độ liệu thay đổi tham số mô hình thay đổi thỏa mãn BER yêu cầu Hình 4.6 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ 103bit/s 86 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 4.7 Tỷ số SNR theo tọa độ x y với tốc độ 103bit/s Trong trình mô phỏng, chất lƣợng hệ thống qua tỷ số SNR đƣợc đánh giá với tốc độ bit khác Nói chung, khảo sát với tốc độ từ 103 bit/s đến 106 hệ thống đạt đƣợc BER yêu cầu với giá trị tọa độ x y hợp lý Tuy nhiên, tốc độ tăng để đạt đƣợc SNR tọa độ x y giảm Hình 4.8 Tỷ số SNR theo với hai cặp tọa độ (x,y) khác với tốc độ 105bit/s Từ kết mô hình 4.8 ta thấy, tăng khoảng cách truyền dẫn lên tỷ số SNR giảm với tốc độ bit 87 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Giải pháp cho giảm tốc độ truyền dẫn Do chế cần phải có BER thấp tốc độ liệu cao với SNR thấp nhiệm vụ cho VLC trời 4.3 Kết luận chƣơng Chƣơng đƣa mô hình mô đánh giá chất lƣợng hệ thống VLC ứng dụng cho ITS Qua khảo sát ta thấy hệ thống chƣa đạt đƣợc chất lƣợng BER mong muốn với khoảng cách phƣơng tiện đèn tín hiệu cách xa Hệ thống chƣa đạt đƣợc tốc độ bit cao đƣợc SNR hay BER đạt ngƣỡng Nếu tốc độ tăng cao hệ thống vƣợt khỏi ngƣỡng cho phép SNR BER Do cần có giải pháp nâng cao tốc độ khoảng cách truyền dẫn cho hệ thống VLC ứng dụng cho ITS 88 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN ĐỀ TÀI I Các hệ thống VLC từ phát triển LED công nghệ quan trọng Nó đƣa việc truyền tin khắp nơi ánh sáng có nơi Trong hệ thống giao thông thông minh, VLC ứng dụng lý tƣởng quan trọng cho an toàn ngƣời Trong luận văn này, công nghệ VLC ứng dụng hệ thống ITS đƣợc nghiên cứu chi tiết Luận văn nghiên cứu mô hình ITS triển khai ứng dụng công nghệ Một hệ thống quảng bá thông tin cho ứng dụng an toàn giao thông ITS ví dụ đƣợc nghiên cứu luận văn Công nghệ VLC cho phép loại bỏ nhiều hệ thống truyền thông khoảng cách ngắn hệ thống IR, làm giảm giá thành mà không chức Vì phát triển kiến trúc ITS đƣợc tiến hành, công nghệ VLC có vai trò quan trọng kiến trúc Đồng thời luận văn đề cập đến phát triền thiết kế LED, cụ thể ma trận LED để phù hợp với hệ thống đèn tín hiệu giao thông với mục đích tối ƣu việc chiếu sáng khu vực dịch vụ Hệ thống ITS ứng dụng công nghệ VLC đƣa hai chức cho LED chức báo hiệu chức quảng bá thông tin giao thông, đƣợc coi nhƣ bổ sung cho hệ thống truyền tin Một vấn đề khác đƣợc thảo luận luận văn đặc tính kênh truyền Kênh truyền VLC phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trƣờng xung quanh nhƣ nguồn ánh sáng bên điều kiện thời tiết Một vài ảnh hƣởng nhiễu môi trƣờng xung quanh đƣợc xem xét, khảo sát đƣa kết mô II THÁCH THỨC Tuy nhiên, hệ thống VLC ứng dụng cho ITS nhiều thách thức cần đƣợc giải quyết: 89 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG - LUẬN VĂN THẠC SĨ Vấn đề triển khai hệ thống Triển khai hệ thống thách thức dự đoán đƣợc Nó bao gồm nhà quản lý thành phố, quan pháp luật, đèn tín hiệu giao thông, phƣơng tiện ngƣời sử dụng Mặc dù có hƣớng dẫn chuẩn việc cài đặt đèn tín hiệu giao thông xong cần phải xem xét lại Để triển khai hệ thống VLC cho hoạt động hiệu cần phải tuân theo chuẩn hƣớng dẫn chuẩn cần thiết cho việc sửa chữa cài đặt đèn tín hiệu giao thông Ví dụ, đèn tín hiệu giao thông đƣờng kính 200mm đặt độ cao khoảng 2.5m tới 3m bên đƣờng đèn tín hiệu giao thông đƣờng kính 300mm cần phải đặt chiều cao khoảng 5m Tƣơng tự nhƣ vậy, với nhà sản xuất đèn tín hiệu giao thông, họ cần phải theo thiết kế đƣợc đề xuất để tránh vấn dề khó khăn Thêm vào đó, tổ chức phải bắt đầu thúc đẩy công nghệ tích hợp máy thu VLC giá rẻ vào phƣơng tiện Do đó, cần kết hợp tổ chức nhà sản xuất để thúc đẩy việc tích hợp công nghệ VLC vào hệ thống ITS - Vấn đề công nghệ: Giới hạn khoảng cách truyền dẫn dài Thiết kế đƣờng lên Tăng tốc độ liệu III HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu chi tiết thành phần phía thu hệ thống VLC để hỗ trợ cho hệ thống ITS - Nghiên cứu sâu kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS - Tìm hiểu chế điều chế thích nghi 90 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀI LIỆU THAM KHẢO 802.15.7.http://www.ieee802.org/15/pub/TG7.html Cen Liu, Bahareh Sadeghi and Edward W King (2014), Enabling Vehicular Visible Light Communication (V2LC) Networks, Rice University Champing Li, Ying Yi, Kyujin Lee and Kyesan Lee (2015), "Performance analysis of Visible light communication using STBC-OFDM technique for intelligent transport system," International Journal of Electronics Goldsmith, Andrea (2004) , Wireless Communications, Stanford University Navin Kumar (2011), Visible light communication for road safty applications Universidade de Averio Navin Kumar (2014), Visible light communication Based Traffic Information Broadcasting systems, International Journal of Future Computer and Communication Vol.3, No Rakesh Gutpa and Amit Sharma (2014), Vehicle-To-Vehicle Data Broadcasting through Visible Light Communication, IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering (IOSR-JECE), Vol 9, Issue 2, Ver VIII, pp 90-95 Shlomi Arnon, John R.Barry, Geoge K.karagiannidis, Robert Schober and Murat Uysal (2012) Advanced optical wireles communication systems New York : Cambridge University Press Shlomi Aron (2015), Visible light communications New York: Cambridge University Press 10 Toshihiko Komine (2006), Visible light communications and its fundamental study Japan 11 Z.Ghassemlooy, W Popoola and S Rạbhandari (2013), Optical wireless communications: System and Channel Modelling with mathlab, New York 91 KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ 12 Toshihiko Komine (2004), Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System using LED Lights, IEEE Transaction on Consumer Electronics, Vol.50, No 92 ... VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY 1.1 Giới thiệu Truyền thông ánh sáng nhìn VLC tên đƣợc đƣa cho hệ thống thông tin không dây mang thông tin cách điều chế phổ ánh sáng nhìn thấy. .. nghiệm trọng Giao thông thông minh (ITS) hệ thống giao thông ứng dụng công nghệ, có công nghệ VLC Công nghệ VLC giúp cho thành phần hệ thống ITS trao đổi thông tin với ví dụ thông tin phƣơng tiện... tin, giúp tận dụng hạ tầng giảm giá thành cho hệ thống Vì lý đó, luận văn chọn đề tài Nghiên cứu truyền dẫn thông tin dải ánh sáng nhìn thấy VLC ứng dụng giao thông thông minh Trong luận văn,