Như thể hiện ở hình 2.3, có 6 loại cấu hình đường truyền của hệ thống VLC trong nhà. Dựa theo mối quan hệ về hướng và góc mở của bộ phát với bộ nhận, chúng có thể được phần thành ba loại chính đó là:
Hình 2.3 Phân loại kênh truyền trong hệ thống VLC
Bộ phát và bộ nhận đều trực tiếp: Bộ phát có góc bức xạ hẹp và bộ nhận có góc nhìn (FOV) hẹp với hướng nhìn thẳng vào nhau.
Bộ phát trực tiếp và bộ nhận không trực tiếp: Bộ phát có góc bức xạ hẹp nhìn thẳng về hướng bộ thu, trong khi đó bộ thu có góc nhìn lớn không nhìn bộ phát.
Với cấu hình truyền thẳng có cả hai loại đường truyền, đó là đường truyền thẳng (LOS) và đường truyền phản xạ (NLOS). Trong khi đó với cấu hình phản xạ thì chỉ có đường truyền phản xạ. Đường truyền LoS là đường truyền trực tiếp từ bộ phát đến bộ nhận, nó đạt được công suất nhận cao nhất vì có suy hao nhỏ nhất và ảnh hưởng nhiễu từ các nguồn xung quanh ít nhất. Tuy nhiên, cấu hình này chỉ phù hợp cho bộ nhận là đứng yên, khi bộ nhận di chuyển sẽ gây ra mất tín hiệu. Đối với đường truyền không trực tiếp hay phân tán, các thiết bị nhận dễ dàng nhận được tín hiệu khi di chuyển tuy nhiên công suất tín hiệu không cao do tín hiệu bị phân tán và bị ảnh hưởng từ các nguồn sáng khác. Với cấu hình lai ghép, mức định hướng giữa bộ phát và bộ nhận là khác biệt, công suất tín hiệu nhận cao hơn so với cấu hình phân tán nhưng thấp hơn so với cấu hình trực tiếp.
Với hệ thống truyền thông ánh sáng nhìn thấy, cấu hình phân tán được sử dụng phổ biến nhất do sự đơn giản về thiết kế. Tuy nhiên, công suất tín hiệu thấp và bị ảnh hưởng nhiễu bởi môi trường và các nguồn sáng xung quanh cao.
Trong mô hình hệ thống nghiên cứu, các trạm phát được thiết kế đa chùm sáng, nếu xét trên tổng thể thì cấu hình đường truyền của mô hình này là truyền thẳng và phân tán. Tuy nhiên, khi xem xét trên mỗi chùm sáng, cấu hình đường truyền là đường truyền thẳng, lai ghép giúp nâng cao được công suất nhận. Từ đó mô hình hệ thống đem lại hiệu quả cao về chất lượng tín hiệu nhận đồng thời đảm bảo được tính di chuyển của thiết bị người dùng.
Các vấn đề liên quan tới công suất phát
Cường độ chiếu sáng là đại lượng biểu thị thông năng trên một góc khối và liên quan đến độ rọi tại bề mặt được chiếu sáng. Do vậy, cường độ chiếu sáng thể hiện độ sáng của LED [5].
I = (2.1) Trong đó Ω là góc không gian, Ф là quang thông được cho bởi quang thông Фe như sau [5].
Trong đó, V(λ) là đường cong độ sáng chuẩn.
Công suất quang truyền biểu thị tổng năng lượng bức xạ từ đèn LED. Bằng cách lấy tích phân của quang thông theo tất cả mọi hướng ta thu được công suất quang truyền Pt [5].
Pt = (2.3)
Trong đó: Amin, Amax được xác định bằng độ cong biểu diễn độ nhậy của photodiode (PD). Trong đó, e là quang thông. Kmlà công suất phát quang tối đa ~683 lm/W tại bước sóng 555 nm.
Các vấn đề liên quan tới công suất nhận
Như đã trình bày ở trên, có hai loại đường truyền trong một hệ thống VLC đang nghiên cứu: Đường truyền thẳng LOS và đường truyền phản xạ NLOS. Do sử dụng chùm sáng có định hướng cao và góc bức xạ hẹp trong cấu hình chiếu sáng của AP, công suất tín hiệu từ các đường phản xạ NLOS thấp hơn rất nhiều so với đường truyền thẳng LOS. Bên cạnh đó, một tiền tố tuần hoàn được xem xét trong khung OFDM làm giảm tác động của sự can thiệp giữa các ký hiệu (ISI). Do đó, có thể bỏ qua đường truyền NLOS và kênh quang học có thể được xấp xỉ chính xác theo đường LOS.
Kênh đường xuống trong mạng truyền thông ánh sáng nhìn thấy được thể hiện trong hình 2.4.
Độ lợi của đường truyền LoS giữa AP i và một UE được xác định bằng công thức sau [15-16]. ( 1) cos ( ) ( ) ( ) cos( ) 0 2 0 m S c c m A T G G d (2.4) Trong đó:
A là diện tích vật lý của máy dò trong bộ photodetector (PD) d là khoảng cách giữa AP và PD
ψlà góc nhận tại photodiode ở bộ nhận là góc chiếu xạ
Ts(ψ) là độ lợi của một bộ lọc quang học là độ lợi của bộ tập trung quang
m là đơn vị phát xạ Lambertian được cho bởi
1/ 2 ln( 2) ln(c os( )) m
biểu thị FOV nhận tại bộ nhận
Với n biểu thị chỉ số khúc xạ, độ lợi của bộ tập trung quang lý tưởng đạt được [15-16]:
(2.5) Từ đó, công suất nhận của ở máy thu sẽ được xác định theo công thức sau:
= (2.6) Ở đây, G là độ lợi kênh LoS được xác định dựa vào công thức (2.4), là công suất phát của trạm phát.