φm (t) =M T
2.2.1. Hệ thống truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao trong nhà
Một trong những dự án quan trọng nhất ứng dụng cơng nghệ VLC với mục đích xây dựng mạng truy nhập tốc độ cao (Gb/s) chính là dự án OMEGA. Cơng nghệ VLC sẽ được kết hợp với công nghệ truyền dẫn bằng đường điện PLC, Wifi, Hồng ngoại để cung cấp mạng truy nhập không dây mà không cần thêm bất cứ kết nối nào khác.
Được tài trợ bởi EU, dự án này được viện truyền thông Fraunhofer, công ty Siemens cùng France Telecom nghiên cứu thực hiện.
Hình 2.22. Mơ hình dự án OMEGA [16]
Năm 2008, họ đã thực hiện truyền dẫn thành công với hệ thống thu phát sử dụng LED đơn chip phủ phosphor và Diode PIN, điều chế OOK, khoảng cách truyền dẫn ngắn (1cm) và cường độ chiếu sáng 700lux, tốc độ đạt được là 40Mb/s. Năm 2009, hệ thống được cải thiện, khoảng cách truyền dẫn tăng lên 5m, cường độ sáng nằm trong dải chuẩn dành cho mơi trường văn phịng, tốc độ đạt 125Mb/s. Năm 2010, với việc sử dụng Diode APD, tốc độ đạt được là 230 Mb/s và lên đến 500Mb/s, tốc độ có thể nói là nhanh nhất vào cuối năm 2010 [16].
Hình 2.23. Mơ hình hệ thống truyền dẫn VLC của viện truyền thông Fraunhofer [14] 2.2.2. Hệ thống truyền dẫn VLC Multiple-input Multiple-Output (MIMO)
Truyền dẫn MIMO có thể triển khai bằng cách sử dụng bảng gắn nhiều LED, khi tín hiệu truyền đến bộ tập trung quang, bộ này sẽ chia tín hiệu đến các Diode tương ứng. Hệ thống truyền dẫn VLC MIMO được triển khai đầu tiên ở trường đại học Oxford. Năm 2008, hệ thống đầu tiên được thiết lập sử dụng 16 đèn LED trắng (4x4) với tốc độ đạt được là 40Mb/s. Một số thông số hệ thống như bảng (2.6). Năm 2009, hệ thống tiếp tục được cải thiện đạt tốc độ 100Mb/s và với việc sử dụng hệ thống phát gồm 2 LED phát, 3 Diode thu kết hợp với phương pháp OFDM và MIMO đã truyền được 9 kênh với tốc độ là 230Mb/s qua khoảng cách 1mét [14].
Bảng 2.6. Một vài thông số về hệ thống MIMO của đại học Oxford (2008)
Phát Thu Kết nối
16 đèn Luxeon LED (4x4) P = 1.5W
Khoảng cách giữa các pixel = 60mm IDC = 220mA
Băng thông điều chế 25MHz (OOK)
Bộ tập trung
(F= 60mm, D=50mm) Diode tách quang Bộ lọc xanh
Hình 2.24. Mơ hình hệ thống truyền dẫn MIMO của đại học Oxford (2008) [14] 2.2.3. Truyền dẫn giữa các người dùng di động bằng camera với chip cảm biến hình ảnh
Ý tưởng của mơ hình này đó là tín hiệu sẽ được phát bằng đèn giao thơng hoặc các bảng quảng cáo, các phương tiện giao thông hoặc người sử dụng di chuyển sẽ sử dụng camera (vốn được tích hợp trên rất nhiều thiết bị điện tử cầm tay) để thu nhận tín hiệu. Các ứng dụng có thể được triển khai như broadcast thơng tin, định vị, dẫn đường.
Nhật Bản là nước đi đầu trong hướng nghiên cứu này, hướng nghiên cứu tập trung vào mơi trường ngồi trời và thay vì sử dụng Diode tách quang, họ sử dụng chip cảm biến hình ảnh do các ưu điểm như khoảng cách truyền dẫn xa (lên đến ~ km), nhận và xử lý nhiều tín hiệu độc lập cùng lúc mà khơng có xun nhiễu, được tích hợp nhiều trên đa số các thiết bị điện tử.
Đại học Nagoya là nơi đầu tiên triển khai mơ hình ứng dụng truyền dẫn dữ liệu từ LED đến phương tiện xe hơi đang di chuyển (2005) [14].
Đèn giao thông Phương tiện (Nguồn phát) Gắn camera
(Máy thu)
Dữ liệu được truyền bằng Ánh sáng từ đèn giao thơng
Hình 2.25. Mơ hình truyền dẫn của Đại học Nagoya [14]
Hình 2.26. Camera thu gắn trong xe (a) và Bảng LED phát (16x16) [14]
Hình 2.26 mơ tả hệ thống thu phát với camera thu được gắn ở khoảng cách giữa ghế lái và ghế phụ, máy thu di chuyển với vận tốc 30km/h, khoảng cách từ 20m – 50m trong điều kiện thời tiết bình thường, camera có tốc độ chụp 1000fps, độ phân giải 1024x1024 pixel. Hệ phát gồm bảng 256 LED đỏ (16x16) với băng
thông điều chế là 500MHz (các đèn LED được điều chế một cách độc lập). Thuật toán thu và xử lý ảnh như sau
(1) Sau khi lấy được khung hình từ chuỗi khung hình, xác định vị trí của nguồn phát (việc xác định vị trí nguồn phát dựa trên giả thiết mọi cảnh vật xung quanh đều không thay đổi trong thời gian 1ms trong khi chỉ có LED được điều chế với tốc độ cao là thay đổi).
(2) Loại bỏ tất cả các hình ảnh cịn lại xung quanh nguồn phát (bước này được thực hiện nhằm giảm bớt dữ liệu tính tốn do số lượng khung hình phải xử lý rất nhiều).
(3) Đưa vào bộ xử lý ảnh thực hiện xử lý khung hình và giải điều chế. (4) Đến khung hình kế tiếp và bỏ đi diện tích giống khung hình cũ (chỉ xác định lại khi cần thiết).
(5) Nếu khơng tìm thấy nguồn phát, quay lại bước (1).
Hình 2.27. Xác định vị trí nguồn phát (a) và Cắt bỏ hình ảnh thừa (b)
Năm 2008, hệ thống này đạt tốc [14]4kb/s với phương tiện di chuyển khoảng 30km/h. Vào năm 2009, hệ thống được cải tiến và đạt tốc độ 2Mb/s với khoảng cách 60m và 1Mb/s với khoảng cách 40m.