NGHIÊN cứu CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG dây LIFI và ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM PHẠM VĂN LONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY LIFI VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HẢI PHỊNG - 2016 BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM PHẠM VĂN LONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY LIFI VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG; MÃ SỐ: D520207 CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Người hướng dẫn: Th.S Ngơ Xn Hường HẢI PHỊNG - 2016 LỜI CẢM ƠN Trong suốt năm học vừa qua em thầy cô giáo trường đại học Hàng Hải,khoa Điện-Điện Tử thầy cô Bộ mơn Điện Tử Viễn Thơng nói riêng giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức quý báu,em xin chân thành cảm ơn thầy cô nhiều! Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Th.s Ngơ Xn Hường, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em thầy bảo tận tình ,hướng dẫn sưu tầm tài liệu,bổ sung nhiều kiến thức bổ ích để xây dựng nên đồ án tốt nghiệp này, điều cần thiết cho em q trình học tập cơng tác sau Sau xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : 1.Những nội dung luận văn thực hướng dẫn thầy Th.s Ngô Xuân Hường 2.Mọi tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố 3.Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Sinh viên Phạm Văn Long MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AB APD AWGN BER CMOS Tiếng Anh Tiếng Việt Average Brightness Avalanche Photodiode Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Comlementary Metal-OxideSemiconductor CPC Compound Parabolic Concentrator CS CSK DMT EU Compensation Symbol Color Shift Keying Discrete Multi-tone European Union Fraunhofer Insitute of FIT Mức sáng trung bình Diode tách quang thác Tạp âm Gaussian trắng cộng Tỉ lệ lỗi bit Vi mạch tích hợp Bộ tập trung quang parabol kết hợp Ký hiệu dư thừa Khóa dịch màu Đa âm rời rạc Liên minh Châu Âu Viện truyền thông Fraunhofer FPS FOV Telecommunications Frame per Second Field of View FSO Free-Space Optical HD High-Definition Intensity Modulation/Direct không gian tự Độ phân giải cao Điều chế cường độ/tách sóng Detection Infrared trực tiếp Hồng ngoại IM/DD IR Số khung hình giây Trường nhìn thấy Truyền dẫn quang ISI JEITA LED Li-Fi LOS MFTP MIMO MLL NRZ OFDM Intersymbol Interference Japan Electronics and Information Technology Industries Association điện tử Nhật Bản Light Emitting Diode Diode phát quang Truyền thông không dây sử Light Fidelity dụng ánh sáng nhìn thấy Line of Sight Đường nhìn thấy Maximum Flickering Time Period Thời gian nhấp nháy tối đa Kỹ thuật truyền dẫn đa thu Multi-Input Multi-Output phát Mesuared Level of Light Mức ánh sáng đo None-Return-to-Zero Không trở Orthogonal Frequency-Division Ghép kênh phân chia theo tần OOK Multiplexing On-Off Keying PLC Power Line Communication PLL PoE PPM PSD RF SNR UV Perceived Level of Light Power over Ethernet Pulse Position Modulation Power Spectral Density Radio Frequency Signal to Noise Ratio Ultra-Violet VLC Visible Light Communication VPPM Wi-Fi Xuyên nhiễu Hiệp hội công nghệ thông tin Variable Pulse Position số trực giao Khóa bật tắt Truyền thông đường điện Mức độ sáng cảm nhận Cấp nguồn qua cáp Ethernet Điều chế vị trí xung Mật độ phổ cơng suất Sóng vơ tuyến Tỉ số tín hiệu nhiễu Cực tím Truyền thơng ánh sáng nhìn thấy Điều chế vị trí xung biến đổi Modulation Truyền thông không dây sử Wireless Fidelity dụng sóng vơ tuyến DANH MỤC BẢNG BIỂU Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Đặc tả chuẩn truyền thông IEEE 8.2.11x 1.2 Đặc tả kỹ thuật số chuẩn không dây hệ 2.1 Chu trình phát triển cơng nghệ LIFI thống kê 11 2.2 Các dải màu không gian màu CIE 1931 với tọa 24 2.3 độ màu (x, y) Các trường hợp kết hợp dải màu hợp lệ 26 2.4 Tọa độ điểm ký hiệu với dải màu chọn 31 2.5 Tốc độ ba phương pháp điều chế với loại mã hóa 33 2.6 Một số loại Diode PIN hãng HAMAMATSU 40 3.1 Các ứng dụng với môi trường nhà 43 3.2 Một vài thông số hệ thống MIMO đại học Oxford (2008) 46 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang 2.1 Quang phổ ánh sáng nhìn thấy 2.2 Dải tần sóng ánh sáng nhìn thấy 11 2.3 Mơ hình thành phần phát hệ thống LIFI 13 2.4 Nguyên lý hoạt động LED 14 2.5 Hai loại LED phát ánh sáng trắng 15 2.6 2.7 2.8 2.9 10 2.11 2.12 2.13 Phổ phát xạ (a) LED đơn chip (b) LED RGB Hàm sở (a) Khơng gian tín hiệu OOK (b Tăng độ sáng cách chèn thêm ký hiệu thừa CS Hàm sở 2-PPM 15 18 19 20 Mơ hình VPPM cấu tạo từ 2-PPM với độ sáng 50% (a) PWM để điều chỉnh độ sáng (b) Dạng sóng tín hiệu VPPM với độ rộng xung 75% Hàm gán màu XYZ 21 22 23 Không gian màu CIE với hai trục xy dải màu (000 đến 110 25 2.14 Quá trình điều chế CSK 25 2.15 Không gian ký hiệu 4-CSK 27 2.16 Ánh xạ liệu 4-CSK 27 2.17 Khơng gian tín hiệu 8-CSK 28 2.18 Ánh xạ liệu 8-CSK 29 2.19 Không gian ký hiệu 16-CSK 29 2.20 Ánh xạ liệu 16-CSK 30 2.21 Khối mã hóa điều chế VPPM 32 2.22 Mơ hình kênh truyền LIFI IM/DD 33 2.23 Minh họa mơ hình kết nối Wide-LOS (FOV rộng) 35 2.24 Minh họa mơ hình kết nối Narrow-LOS (FOV hẹp) 35 2.25 Minh họa mơ hình kết nối NLOS 35 2.26 Các bước thu tín hiệu LIFI 38 2.27 Cấu trúc Diode PIN 38 2.28 Cấu trúc Diode thác APD 39 2.29 Chip cảm biến hình ảnh CMOS 41 2.30 Bộ tập trung quang CPC 41 2.31 Quá trình phản xạ CPC 41 3.1 Mơ hình thiết bị đầu cuối với môi trường nhà 43 3.2 Mơ hình truyền dẫn với mơi trường ngồi trời 44 3.3 Mơ hình dự án OMEGA 44 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Mơ hình hệ thống truyền dẫn LIFI viện truyền thơng Fraunhofer Mơ hình hệ thống truyền dẫn MIMO đại học Oxford (2008) Mơ hình truyền dẫn đại học Nagoya Camera thu gắn xe (a) Bảng LED phát (16x16) Xác định vị trí nguồn phát (a) Cắt bỏ hình ảnh thừa (b) Xác định vị trí nguồn phát (a) Cắt bỏ hình ảnh thừa (b) Sơ đồ bố trí đèn (a) tốc độ di chuyển siêu 10 45 46 47 47 48 49 49 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY LIFI 2.1 Khái niệm vềLiFi Lịch sử hình thành phát triển 2.1.1 Khái Niệmvề LiFi LIFI (LIFI) – Truyền thơng ánh sáng nhìn thấy sử dụng phần ánh sáng nhìn thấy để truyền thơng tin, để so sánh LIFI gần giống cơng nghệ truyền thơng khơng dây (ví dụ Wi-Fi) sử dụng tín hiệu sóng điện từ (Radio Frequency – RF) để truyền liệu Ánh sáng nhìn thấy (Visible Light) dạng sóng với bước sóng nằm khoảng mắt người nhận biết Các bước sóng nằm khoảng từ 380nm đến 750nm Hình 2.1 cho ta thấy bước sóng ánh sáng gắn với tơng màu mà mắt thường nhìn thấy Hình 2.1 Quang phổ ánh sáng nhìn thấy Với LIFI, liệu truyền cách điều chế cường độ ánh sáng khơng mắt người bình thường nhận biết thay đổi Ánh sáng mang theo liệu đến phía thu nhận Photosensitive Detector (PD) chip cảm biến hình ảnh (CMOS) giải điều chế chuyển đổi từ tín hiệu quang thành tín hiệu điện LIFI nhánh cơng nghệ truyền thông không dây quang (Optical Wireless Communications – OWC) OWC sử dụng tia hồng ngoại (infra-red) tia cực tím (ultra-violet) để truyền thơng tin tương tự ánh sáng nhìn thấy Tuy nhiên, việc sử dụng lượng vừa dùng để chiếu sáng vừa để truyền thông tin khiến cho công nghệ LIFI trở nên ưu tú 20 Chu trình phát triển cơng nghệ LIFI thống kê bảng 2.1 Thời gian 2004 2005 Sự kiện Công bố hệ thống LED truyền dẫn liệu tốc độ cao đến thiết bị di động cầm tay Nhật Bản Thử nghiệm thực tế hệ thống truyền dẫn VLC tới điện thoại di động với tốc độ 10kb/s ~Mb/s sử dụng đèn huỳnh quang LED Nhật Bản Thực truyền dẫn VLC từ hình LCD sử dụng 2007 đèn LED tới thiết bị cầm tay, hãng tivi Fuji, Nhật Bản Hiệp hội VLC (VLCC) Nhật Bản đưa hai chuẩn: Tiêu chuẩn cho hệ thống định danh sử dụng ánh sáng 2007 tiêu chuẩn cho hệ thống VLC Hiệp hội công nghệ thông tin điện tử Nhật Bản – JEITA chấp nhận tiêu chuẩn thông qua hai văn JEITA CP-1221 JEITA CP-1222 Phát triển tiêu chuẩn toàn cầu cho mạng gia đình sử dụng ánh sáng hồng ngoại để truyền dẫn thông qua 2008 dự án OMEGA EU Thực truyền dẫn sử dụng đèn LED với tốc độ 2009 2010 2010 ~100Mb/s VLCC ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật họ xác định phổ tần sử dụng VLC Phát triển công nghệ VLC cho thiết bị điện tử TV, PC, điện thoại di động đại học California, USA Cơng bố hệ thống định vị tồn cầu GPS với môi trường nhà Nhật Bản Truyền dẫn với hệ thống VLC đạt tốc độ 500 Mb/s với 2010 khoảng cách 5m, thực Siemen Viện 2010 Heinrich Hertz, Đức Phát triển tiêu chuẩn cho cơng nghệ sử dụng VLC 21 IEEE Trình diễn hệ thống truyền dẫn VLC-OFDM với tốc độ 2011 124Mb/s, sử dụng LED trắng phủ phosphor, đại học Edinburgh, Anh Bảng 2.1 Chu trình phát triển cơng nghệ LIFI thống kê Công nghệ LIFI phù hợp cho ứng dụng cung cấp nội dung phổ biến internet ứng dụng download video, audio hay duyệt web Các ứng dụng phần lớn phụ thuộc nhiều vào băng thông đường xuống (downlink) lại yêu cầu băng thông đường lên nhỏ Theo cách này, giải vấn đề tải việc sử dụng kênh vô tuyến mở rộng dung lượng Wi-Fi 2.2 Ưu điểm công nghệ LiFi (Light Fidelity) Như biết, phổ tần sóng vơ tuyến (Radio Frequency – RF) ngày cạn kiệt hội mở rộng hạn chế Thêm vào đó, có nhiều yếu tố an toàn sức khỏe cần phải xem xét sử dụng sóng vơ tuyến Do đó, cơng nghệ LIFI có nhiều ưu điểm vượt trội so với cơng nghệ sử dụng sóng vơ tuyến RF 2.2.1.Dung lượng Hình 2.2 Dải tần sóng ánh sáng nhìn thấy • Băng thơng lớn – Phổ tần sóng ánh sáng nhìn thấy ước tính lớn gấp 10,000 lần so với phổ sóng vơ tuyến hồn tồn miễn phí sử dụng • Mật độ liệu – Cơng nghệ LIFI đạt mật độ liệu gấp 1000 lần so với Wi-Fi ánh sáng nhìn thấy khơng xun qua vật cản nên tập trung khơng gian sóng vơ tuyến có xu hướng gây xun nhiễu 22 • Tốc độ cao – Cơng nghệ LIFI đạt tốc độ cao nhờ vào nhiễu thấp, băng thông lớn cường độ chiếu sáng lớn đầu • Quản lý – Việc quản lý trở nên dễ dàng không gian chiếu sáng chọn lựa để truyền thơng tín hiệu ánh sáng quan sát sóng vơ tuyến khơng thể quan sát khiến cho việc quản lý trở nên phức tạp nhiều 2.2.2 Hiệu • Chi phí thấp – Cơng nghệ LIFI u cầu thành phần so với cơng nghệ sử dụng sóng điện từ • Sử dụng đèn LED để chiếu sáng thực hiệu (bóng đèn LED tiết kiệm 50% điện so với bóng thơng thường) lượng dùng cho truyền dẫn liệu không đáng kể • Truyền thơng nước – Việc truyền thơng nước với sóng vơ tuyến khó khăn LIFI hoạt động tốt mơi trường 2.2.3 An tồn • An tồn – Khơng cần phải xem xét vấn đề an toàn hay sức khỏe sử dụng cơng nghệ • Không gây ảnh hưởng nguy hiểm – Việc truyền dẫn sóng ánh sáng nhìn thấy tránh nguy gây nguy hiểm đến số môi trường khác (bệnh viện, máy bay …) hay tia lửa điện bắt nguồn từ hệ thống antenna thu phát sóng điện từ 2.2.4 Bảo mật • Ngăn chặn – Đối với mơi trường nhà (indoor), khó để thu thập hay thám tín hiệu LIFI sóng ánh sáng khơng xun qua vật cản tập trung khu vực cần thiết • Điều khiển – Dữ liệu chuyển trực tiếp từ thiết bị sang thiết bị khác người sử dụng hồn tồn nhìn thấy biết liệu chuyển đâu, khơng cần thiết phải có phương án bảo mật liên kết khác truyền thông với sóng điện từ 23 2.3 Hệ thống phát sử dụng công nghệ mạng không dây LIFI 2.3.1 Mô hình thành phần phát Mơ hình thành phần phát sử dụng LED làm nguồn sáng sau: Hình 2.3.Mơ hình thành phần phát hệ thống LIFI 2.3.2 LED Với công nghệ ngày phát triển, LED mong đợi hệ thiết bị chiếu sáng tiếp theo, thay cho loại đèn huỳnh quang (Flourescents Light) lý giá thành rẻ, hiệu chiếu sáng cao, tiết kiệm điện, tuổi thọ lâu dài Chính vậy, sử dụng LED làm nguồn sáng dùng để thông tin hệ thống LIFI Công suất chiếu sáng tối thiểu LED cho văn phòng từ 200 – 1000 (lux) (Lux, (kí hiệu lx) đơn vị đo cường độ chiếu sáng cảm nhận mắt người thơng qua đơn vị diện tích.) Nguyên lý hoạt động LED sau: Khi phân cực thuận cho LED có dịng bơm qua LED làm cho điện tử vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn Đây tượng đảo mật độ điều kiện bình thường, nồng độ điện tử vùng hóa trị lớn so với nồng độ điện tử vùng dẫn kích thích, điện tử nhảy mức lượng làm cho nồng độ điện tử vùng dẫn lớn so với nồng độ điện tử vùng hóa trị Đồng thời, tác dụng điện trường phân cực thuận, điện tử từ lớp N khuếch tán sang lớp tích cực lỗ trống lớp P khuếch tán sang lớp tích cực Tại đây, cặp điện tử lỗ trống tái hợp (re-combine) phát xạ photon ánh sáng Hiện tượng phát xạ 24 chủ yếu tượng phát xạ tự phát Hiện tượng mơ tả hình 2.4 đây: Bán dẫn loại p Bán dẫn loại n Điện tử Dải dẫn Lỗ trống Dải cấm Photon ánh sáng Dải hóa trị Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động LED Với mục đích kết hợp để chiếu sáng, loại LED sử dụng LIFI LED đơn sắc (một ba màu RGB) LED phát ánh sáng trắng (White LED) Có hai cách thơng dụng để tạo ánh sáng trắng tương ứng với hai loại LED khác nhau: loại thứ sử dụng chip bán dẫn xanh (blue) sau phủ thêm lớp phosphor bên ngồi hay cịn gọi tên “LED màu trắng đơn chip” Khi dòng điện cung cấp cho chip LED màu xanh, chip phát ánh sáng xanh, phosphor sau kích thích màu xanh phát huỳnh quang màu vàng Sự kết hợp hai loại màu tạo ánh sáng trắng Loại thứ hai LED cấu tạo với ba chip màu riêng biệt R (~625nm), G (~525nm), B (~470nm), (Red Green Blue) Sau ba màu trộn lại với để tạo ánh sáng trắng 25 Hình 2.5 Hai loại LED phát ánh sáng trắng Hình 2.6 Phổ phát xạ (a) LED đơn chip (b) LED RGB LED đơn chip phủ phosphor có giá thành rẻ hơn, mạch điều khiển phức tạp nhiên băng thông lại bị hạn chế, thêm nữa, lớp phosphor phát xạ ánh sáng sau chip màu xanh phát xạ, tốc độ đáp ứng LED đơn chip thấp so với LED RGB Như thấy hình 2.6 (a), LED đơn chip có băng thơng hạn chế ảnh hưởng lớp phosphor, ta khắc phục nhược điểm cách sử dụng lọc (blue filter) phía thu trước ánh sáng đưa đến photodiode Còn hình (b), LED RGB cung cấp ba kênh truyền dẫn riêng biệt, kênh ứng với chip LED, thích hợp cho WDM, vấn đề cần ý cần phải đảm bảo cân màu sắc ánh sáng không bị thay đổi truyền dẫn thông tin với LIFI 26 Do LED sử dụng vừa chiếu sáng vừa truyền thông nên ta cần phải xác định hai đại lượng cường độ chiếu sáng công suất quang truyền Cường độ chiếu sáng dùng để thể độ sáng bóng đèn LED cịn cơng suất quang truyền dẫn tổng lượng phát xạ từ LED Cường độ chiếu sáng tính quang thơng qua góc khối theo (2.1): (2.1) Trong quang thơng góc khơng gian, tính từ theo cơng thức (2.2): (2.2) Trong đó: đường cong độ sáng tiêu chuẩn, độ sáng tối đa vào khoảng ~680lm/W bước sóng 555nm Cơng suất quang truyền tính theo cơng thức (2.3): (2.3) Với xác định dựa vào đường cong độ nhạy diode tách quang (lumen (ký hiệu lm) đơn vị SI dùng để đo tổng lượng quang thông xạ từ nguồn sáng phát Tuy nhiên quang thông khác với công suất, quang thông phản ánh thay đổi độ nhạy mắt người bước sóng khác cơng suất quang cho ta thấy toàn lượng ánh sáng xạ mắt có cảm nhận hay không) 2.4 Các phương pháp điều chế điều chỉnh độ sáng LIFI Như biết, truyền thông ánh sáng dựa phương pháp điều chỉnh cường độ ánh sáng Bất kỳ thay đổi ta điều chế ánh sáng để thơng tin gây ảnh hưởng khơng tốt (đôi nguy hiểm) với mắt người Để tránh điều này, thay đổi cường độ ánh sáng 27 phải nằm khoảng thời thay đổi tối đa cho phép (Maximum Flickering Time Period – MFTP) MFTP định nghĩa thời gian tối đa mà cường độ ánh sáng thay đổi mà mắt người khơng thể cảm nhận Tần số thay đổi lớn 200Hz (ứng với MFTP < 5ms) coi an tồn với mắt người, phương pháp điều chế sử dụng LIFI phải ý đến giá trị MFTP Một vấn đề khác nữa, để tiết kiệm sử dụng lượng hiệu quả, phải sử dụng thêm phương pháp điều chỉnh ánh sáng hỗ trợ trình điều chế (Dimming Method - DS) Tức cho phép người dùng tăng giảm độ sáng đến giới hạn q trình truyền dẫn liệu diễn 2.4.1 Phương pháp điều chế khóa bật tắt On-Off Keying (OOK) Phương pháp điều chế khóa bật tắt OOK phương pháp điều chế phổ biến hệ thống truyền dẫn không dây sử dụng tia hồng ngoại Phương pháp đơi cịn gọi mã hóa non-return-to-zero (NRZ) Điều chế khóa tắt bật phương pháp điều chế hai mức bao gồm hai ký hiệu tương ứng với mức công suất 2P Tín hiệu biểu diễn hàm sở với biểu thức (2.4) đây: (2.4) Trong đó: T chu kỳ kí hiệu rect(t) tính (2.5) : (2.5) Sử dụng hàm sở này, ta có biểu thức cường độ sáng theo miền thời gian gửi qua kênh truyền theo biểu thức (2.6): (2.6) Với chọn thống nhất, biên độ trung bình đặt P phân bố ký tự Khơng gian tín hiệu OOK bao gồm hai điểm 28 mơ tả hình Xác suất lỗi bit xác định biểu thức (2.7): Trong đó: tốc độ bit Hình 2.7 Hàm sở (a) Khơng gian tín hiệu OOK (b) Phương pháp điều chế có nhược điểm gây tượng nhấp nháy nguyên tắc điều chế tắt bật nguồn sáng theo bit 0, Để khắc phục tượng này, tín hiệu mã hóa với mã Manchester trước đưa vào điều chế, bit ký hiệu “01” bit ký hiệu “10” Do tạo mã cân số lượng bit 1, tránh tượng nhấp nháy Việc điều chỉnh độ sáng OOK thực theo hai cách, thay đổi lại mức độ “bật”, “tắt” ký tự (có nghĩa khơng cần thiết phải tắt hẳn hoàn nguồn sáng, mà cần đủ nhỏ để phân định rõ ràng hai mức này) mức giữ nguyên thay đổi thời gian mức cao (duty-cycle) (tức thời gian tín hiệu mức cao/chu kỳ) cách chèn thêm ký hiệu dư thừa (Compensation Symbols – CS) vào để điều chỉnh tăng giảm độ sáng Ví dụ độ sáng liệu A% với chu kỳ T1 ký hiệu dư thừa có độ sáng B% với chu kỳ T 2, độ sáng trung bình N(%) tính theo cơng thức (2.8): (2.8) 29 Hai phương pháp có ưu khuyết điểm riêng, phương pháp thứ nhất, đặt lại hai mức tắt bật giữ nguyên tốc độ bit không đổi làm thay đổi hai mức độ, gây tượng thay đổi màu sắc phải tác động đến trình điều khiển LED Đối với cách cịn lại, hai mức độ khơng đổi làm chậm tốc độ bit chèn thêm bit dư thừa vào Hình 2.8 cho thấy ví dụ sử dụng ký hiệu dư thừa để làm tăng độ sáng, sử dụng mã Manchester để mã hóa nên thời gian mức cao đạt 1/2 (tỉ lệ bit nhau), nói cách khác mức độ sáng 50%, ta chèn thêm ký hiệu dư thừa vào để tăng thời gian mức cao (tăng bit 1) khiến cho mức sáng trung bình (Average Brightness – AB) cao 50% Hình 2.8 Tăng độ sáng cách chèn thêm ký hiệu thừa CS 2.4.2 Phương pháp điều chế vị trí xung biến đổi (Variable Pulse Position Modulation – VPPM) Phương pháp điều chế vị trí xung biến đổi phương pháp điều chế hơn, kết hợp hai phương thức điều chế: điều chế vị trí xung (2 Pulse Position Modulation – 2PPM) điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM) Trong phương pháp điều chế PPM, chu kỳ ký hiệu chia thành M chu kỳ Thông tin gửi cách truyền cường độ quang khác không chu kỳ con, chu kỳ lại giữ nguyên Mỗi chu kỳ không trùng lặp thời gian, ký hiệu trực giao với Ví dụ ta có khơng gian tín hiệu M = N, M-PPM ký 30 hiệu xem khối mã OOK với chu kỳ MT cường độ khơng ngoại trừ chu kỳ T Hàm sở M-PPM có dạng (2.9): (2.9) Trong đó: T chu kỳ Khơng gian tín hiệu M-PPM khơng gian Euclid M chiều với điểm tín hiệu trục M Hình 2.9 Hàm sở 2-PPM Cường độ sáng gửi qua kênh truyền tính theo biểu thức (2.10): (2.10) Trong chọn ký hiệu xuất M Các xung không âm tồn thời gian cấu tạo chúng Cơng suất quang trung bình ký hiệu khơng đổi P với công suất đỉnh ký hiệu MP Bởi điểm khơng gian tín hiệu trực giao cách với nên xác suất lỗi ký hiệu tính theo (2.11): (2.11) Trong đó: tốc độ ký hiệu Do điểm không gian tín hiệu trực giao với nhau, xác suất lỗi ký hiệu chuyển thành xác suất lỗi bit cách lũy thừa với Như vậy, xác suất lỗi bit tính theo (2.12): (2.12) Với tốc độ bit 31 Hình 2.10 Mơ hình VPPM cấu tạo từ 2-PPM với độ sáng 50% (a) PWM để điều chỉnh độ sáng (b) Hình 2.11 Dạng sóng tín hiệu VPPM với độ rộng xung 75% Trong VPPM sử dụng PPM với M = với mục đích tránh tượng nhấp nháy PWM để điều chỉnh độ sáng cung cấp độ sáng tối đa Từ biến đổi (Variable) VPPM có nghĩa thay đổi thời gian mức cao (độ rộng xung) tùy theo mức độ sáng cần thiết Bit VPPM thể vị trí xung có độ rộng xung giống Do VPPM, độ sáng trung bình bit không đổi nên tránh tượng nhấp nháy Trong hình 2.10b, độ rộng xung điều chỉnh để cung cấp độ sáng theo yêu cầu Hình 2.11 mơ tả ví dụ dạng sóng VPPM đạt 75% độ sáng với bit có độ rộng xung 75% 2.4.3 Phương pháp điều chế Khóa dịch màu (Color-Shift Keying) Như ta biết, ánh sáng trắng từ LED tạo theo hai cách, cách thứ sử dụng LED đơn chip xanh phủ phosphor Tuy nhiên, lớp phosphor làm chậm trình đáp ứng LED Phương pháp khắc phục nhược điểm sử dụng LED RGB loại LED này, dùng phương pháp điều chế khóa dịch màu CSK Phương pháp điều chế CSK xem gần tương đồng với phương pháp điều chế khóa dịch tần Tải FULL (file word 66 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ 32 (Frequency-Shift Keying – FSK) chỗ đoạn bit mã hóa với màu sắc (bước sóng) Ví dụ điều chế 4-CSK (hai bit cho ký hiệu), bốn bước sóng thích hợp (màu sắc) sử dụng cho cặp bit Trong phương pháp điều chế CSK sử dụng không gian màu CIE 1931 Ủy bạn quốc tế chiếu sáng công bố để ánh xạ liệu đầu vào thành cặp giá trị tọa độ màu (xp, yp) Giá trị tọa độ xy xác định CIE 1931 thông qua ba đại lượng X, Y Z Trong giá trị X, Y, Z bắt nguồn từ thơng số ba loại tế bào hình nón mắt người (có chức cảm nhận màu sắc ba khoảng bước sóng, ngắn, trung bình dài) mơ tả ba tính chất màu sắc: Sắc độ(Sáng hay tối),Tơng màu ,Độ bão hịa màu Một quang phổ đơn sắc C với bước sóng biểu diễn với ba giá trị biểu thức (2.13): (2.13) Với hàm gán màu có giá trị khơng âm Hình 2.12 Hàm gán màu XYZ Hình 2.12 mơ tả đường cong phổ ba hàm gán màu (bắt nguồn từ ba loại tế bào cảm nhận màu sắc hình nón) với bước sóng từ 380nm đến 700nm Tải FULL (file word 66 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ 33 Trục tung góc quan sát tiêu chuẩn (do tế bào hình nón nhạy cảm nằm vịng cung 20 hố mắt) Với phân bố phổ màu, ta tính giá trị X, Y, Z theo (2.14): (2.14) Giá trị k chọn cho Y = Y = 100 Từ đó, giá trị x, y tính biểu thức (2.15): (2.15) Hai giá trị x, y mô tả tông màu, độ bão hòa màu độc lập với sắc độ màu Trong phương pháp điều chế CSK, chuẩn IEEE 802.15.7 chia phổ tần thành dải màu (với bước sóng trung tâm) để hỗ trợ cho việc lựa chọn LED nhiều màu dùng cho truyền dẫn Bảng 2.2 Các dải màu không gian màu CIE 1931 với tọa độ màu (x, y) Dải (nm) Mã Bước sóng trung tâm (nm) (x , y) 380-450 000 415 (0.18, 0.01) 450-510 001 480 (0.09, 0.13) 510-560 010 535 (0.19, 0.78) 560-600 011 580 (0.51, 0.49) 600-650 100 625 (0.70, 0.30) 3557102 34 ... nghiệp ? ?Nghiên cứu công nghệ không dây LiFi đánh giá khả ứng dụng? ?? Nội dung đồ án bao gồm ba phần sau: Chương 1: Tổng quan cơng nghệ mạng không dây Chương 2: Nghiên cứu công nghệ mạng không dây LiFi. .. GIAO THƠNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM PHẠM VĂN LONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY LIFI VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NGÀNH: KỸ THUẬT... VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1.Lịch sử hình thành phát triển cơng nghệ mạng khơng dây Trong năm gần với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ giới,con người tạo hàng loạt sản phẩm công nghệ ứng