Nghiên cứu đặc tính truyền dữ liệu của đèn led, Phạm Đức Thịnh

B GIÁO D
Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I
Ọ Ộ
-------------------------------------
PHẠM ĐỨ Ị
C TH NH
NGHIÊN C C TÍNH TRUY U C
ỨU ĐẶ ỀN DỮ LIỆ ỦA ĐÈN LED
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ Ậ
THU T
CHUYÊN NGÀNH : K THU
Ỹ ẬT VI N THÔNG
Ễ
Người hướ ẫ
ng d n khoa h c
ọ : PGS.TS. HÀ DUYÊN TRUNG
HÀ NỘI - 2018

1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của chính bản thân. 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. Mọi thông tin trích dẫn đều
được tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu
hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này.
Học viên
Phạm Đức Thịnh

2
M C L C
Ụ Ụ
L .......................................................................................................1
ỜI CAM ĐOAN
M C...................................................................................................................2
ỤC LỤ
DANH M U, VI
Ụ Ệ
C CÁC KÝ HI CÁC CHỮ ẾT TẮT..............................................5
DANH M NG
Ụ Ả
C CÁC B ..........................................................................................7
DANH MỤ Ẽ, ĐỒ Ị
C CÁC HÌNH V TH .....................................................................8
M U...................................................................................................................12
Ở ĐẦ
CHƯƠNG 1 Ổ Ề Ệ Ố Ề Ằ
- T NG QUAN V H TH NG TRUY N THÔNG B NG ÁNH
SÁNG........................................................................................................................14
1.1 Khái ni m v h ng Visible Light Communication (VLC) ...........................14
ệ ề ệ thố
1.2 L phát tri n c h truy n thông không dây VLC ........................15
ịch sử ể ủa công ng ệ ề
1.3 Công ngh VLC trong th .............................................................................17
ệ ực tế
1.3.1 H ng VLC c n Fraunhofer ........................................................21
ệ thố ủa việ
1.3.2 H ng VLC c a Velmenni ..................................................................24
ệ thố ủ
1.3.3 H ng Pure Li- ..................................................................................24
ệ thố fi
1.3.4 Đèn Panel Li- .........................................................................................28
fi
1.4 Ưu, nhược điể ủ ệ ố
m c a h th ng VLC ....................................................................28
1.4.1 Ưu điểm ...................................................................................................28
1.4.2 Nhược điểm..............................................................................................29
1.5 K ..................................................................................................29
ết luận chương
CHƯƠNG 2 ĐẶ Ề Ữ Ệ ỦA ĐÈN LED
- C TÍNH TRUY N D LI U C .........................30
2.1 Nguyên lý ho ng c .....................................................................30
ạt độ ủa đèn LED
2.2 Mô hình h ng truy n d u s d ...........................................33
ệ thố ề ữ liệ ử ụng đèn LED
2.2.1 B phát.....................................................................................................34
ộ

3
2.2.2 B thu.......................................................................................................37
ộ
2.2.2.1 B t p trung quang............................................................................37
ộ ậ
2. t ..........................................................................................39
2.2.2 Photo điố
2.2.2.3 B chuy n.................................................................41
ộ ển đổi quang điệ
2.2.3 Môi trườ ề
ng truy n....................................................................................42
2.2.3.1 Mô hình k i tr p (Directed LOS).........................................42
ết nố ực tiế
2.2.3.2 Mô hình k p (Nondirected LOS) .................................43
ết nối gián tiế
2.2.3.3 Mô hình k i khu ch tán (Diffuse)...............................................44
ết nố ế
2.3 Phương pháp điề ế ường độ ự ế
u ch c và tách sóng tr c ti p IM/DD (Intensity
Modulation/ Direct Detector)....................................................................................45
2.4 Các phương pháp điề ế và điề ỉnh độ ệ ố
u ch u ch trong h
sáng th ng VLC.............46
2.4.1 Phương pháp điề ế khóa đóng mở
u ch -Off Keying (OOK)................46
On
2.4.2 Phương pháp điề ế ị ến đổ
u ch v trí xung bi i (Variable Pulse Position
Modulation – VPPM)........................................................................................48
2.4.3 Phương pháp điề ế ị
u ch khóa d ch màu (Color-Shift Keying) ..................50
2.4.3.1 Điề ế – ệ
u ch 4 CSK (2 bit/ 1 ký hi u)..................................................54
2.4.3.2 Điề ế – ệ
u ch 8 CSK (3 bit/ 1 ký hi u)..................................................56
2.4.3.3 Điề ế – ệ
u ch 16 CSK (4 bit/ 1 ký hi u)................................................57
2.5 Các lo i nhi u trong truy n thông s d .........................................58
ạ ễ ề ử ụng đèn LED
2.5.1 Nhi u nhi t...............................................................................................58
ễ ệ
2.5.2 Nhi u n ...................................................................................................58
ễ ổ
2.5.3 Tín hi u méo do hi u ng truy ng.............................................60
ệ ệ ứ ền đa đườ
2.5.4 T s ................................................................................................60
ỷ ố SNR
2.6 Một số giải pháp cải thiện hiệu năng của hệ thống truyền dữ liệu bằng đèn LED.......61

4
2.6.1 truy n d n d u s d ng MIMO.......................61
Giải pháp tăng tố ộ
c đ ề ẫ ữ liệ ử ụ
2.6.2 Gi i pháp s d ng chuy n ti p (Relay) ...................................................62
ả ử ụ ể ế
2.6.3 Gi i pháp s d ng chùm quang k t h p TDMA .....................................63
ả ử ụ ế ợ
2.7 Một số phân tích mô hình truyề ử
n thông s dụng đèn LED ở môi trườngtrong nhà....64
2.8 K ..................................................................................................67
CHƯƠNG 3 – MÔ HÌNH GI I TÍCH H NG TRUY N D U S D NG
Ả Ệ THỐ Ề Ữ LIỆ Ử Ụ
ĐÈN LED..................................................................................................................68
3.1 Mô hình kênh truy n d u s d ng trong nhà ...........68
ề ữ liệ ử ụng đèn LED ở môi trườ
3.2 Tính toán các đại lượng liên quan đến vi c truy n d
ệ ề ữ liệu s d
ử ụng đèn LED ở môi
trường trong nhà........................................................................................................70
3.2.1 Cường độ sáng ........................................................................................70
3.2.2 Phân b công su ..........................................................74
ố ất thu trong phòng
3.2.3 Giá tr RMS (Root Mean Square) t i m t ph ng thu..........................78
ị trễ ạ ặ ẳ
3.3 K ..................................................................................................80
K N CHUNG................................................................................................81
ẾT LUẬ
TÀI LIỆ Ả
U THAM KH O.........................................................................................82

5
DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH T T T
Ụ Ệ Ữ VIẾ Ắ
Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa Tiếng Việt
A
AWGN 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 Dòng một chiều
F
FOV Field of View Tầm nhìn
I
IM/DD
Intensity Modulation/Direct
Detection
Điều chế cường độ/tách sóng trực
tiếp
IR Infrared Hồng ngoại
L
LED Light Emit Dioide Đi ốt phát quang
LOS Light Of Sight Tầm nhìn thẳng
M
MD Mean Delay Trễ trải
MIMO Multi Input Multi Output Đa đầu vào, đa đầu ra
MFTP
Maximum Flickering Time
Period
Thời gian nhấp nháy tối đa
N
NLOS Non Light Of Sight Ngoài tầm nhìn thẳng
O
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
OOK On-Off Keying Khóa bật tắt
OWC
Optical Wireless
Communication
Truyền thông quang không dây
P

6
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 vuông góc
R
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RMS Root Mean Square Trễ hiệu dụng
S
SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
T
TDMA Time-division multiple access
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
V
VLC Visible Light Communication
Truyền thông quang dùng ánh
sáng nhìn thấy
VPPM
Variable Pulse Position
Modulation
Điều chế vị trí xung biến đổi

7
DA NG
NH M C CÁC B
Ụ Ả
B ng 2.1. Các d i màu trong không gian màu CIE 1931 v i t màu (x, y)
ả ả ớ ọa độ
[37] ............................................................................................................................52
B ng 2.2. Các k t h p d i màu h p l u ch CSK [39]..............................54
ả ế ợ ả ợ ệ trong điề ế
B ng 3.1. Các tham s n...................................................................................69
ả ố cơ bả

8
DANH M C CÁC HÌNH V
Ụ Ẽ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Dả ớ ủ
i bư c sóng c a ánh sáng nhìn thấy......................................................14
Hình 1.2. Ngọ ải đăng Hòn Dấ
n h u – Đồ Sơn ...........................................................15
Hình 1.3. Mô hình thu phát của photophone [1].......................................................16
Hình 1.4. Công nghệ ự
VLC trong th c tế [4] .............................................................18
Hình 1.5. Hệ ố ế
th ng chi u sáng thông minh [5].........................................................18
Hình 1.6. Ứ ụ ệ ố ậ ả
ng d ng VLC trong h th ng giao thông v n t i [7]..............................19
Hình 1.7. Ứ ụ ền thông dướ ớ
ng d ng VLC trong truy i nư c [7]....................................19
Hình 1.8. Thiết bị i-MAJUN [8] ...............................................................................20
Hình 1.9. Ứ ụng VLC trong lĩnh vự
ng d c hàng không [9] .......................................20
Hình 1.10. Ứ ụ ệ ệ
ng d ng VLC trong b nh vi n .............................................................21
th ng k t n i b
ố ộ ộ ủ
thu và b phát c a viện Fraunhofer........................22
Hình 1.12. Thi D
ết b i LE
ị ế ố
k t n – Blackhaul Frauhofer ..........................................22
Hình 1.13. Thiết bị fi đượ
-
Li c phát triể ở
n b i Sangikyo............................................23
Hình 1.14. Đèn LED của hãng Velmenni Jugnu.......................................................24
Hình 1.15. Thiết bị -1st..........................................................................................25
Li
Hình 1.16. Thiết bị thu và phát Li-Flame .................................................................26
Hình 1.17. Thiết bị thu và phát Li-fi X .....................................................................27
Hình 1.18. Thiế ị
t b thu và phát Li-fi XC ..................................................................27
Hình 1.19. Thiết bị thu và phát Li-fi VLNComm.....................................................28
Hình 2.1. Đèn LED [16]............................................................................................30
Hình 2.2. Nguyên lý hoạ ộ ủa đèn LED [17]
t đ ng c ...................................................31
Hình 2.3. LED chip đơn xanh [18]............................................................................32
Hình 2.4. LED RGB [19]..........................................................................................32

9
Hình 2.5. Kiến trúc cơ bả ủ ộ ệ ố
n c a m t h th ng VLC ..................................................33
Hình 2.6. Mô hình PLC tích hợp VLC [21]..............................................................34
Hình 2.7. Sự ệ ấ ệ ố –
khác bi t trong c u trúc các h th ng VLC PLC [21] ......................35
Hình 2.8. Mô hình PoE trong công nghệ VLC [23]..................................................36
Hình 2.9. Mô hình chiếu sáng PoE trong văn phòng của Philips [24]......................37
Hình 2.10. Sơ đồ ố ộ ữ ệ
kh i b thu d li u........................................................................37
Hình 2.11. Bộ ậ ự
t p trung quang trong th c tế.............................................................38
Hình 2.12. Nguyên lý của thấ ộ
u kính h i tụ ...............................................................38
Hình 2.13. Nguyên lý hoạ ộ ủa Photo điố
t đ ng c t [25] ..............................................40
Hình 2.14. Photo điốt BPW21R [27] ........................................................................41
Hình 2.15. Bộ ển đổ ệ
chuy i quang đi n.......................................................................42
Hình 2.16. Mô hình kế ố
t n i trực tiếp [29] .................................................................43
t n i gián tiếp [29] ................................................................43
t n i khuếch tán [29].............................................................44
Hình 2.19. Mô hình kênh truyền VLC IM/DD .........................................................45
Hình 2.20. Điề ế
u ch OOK [32].................................................................................47
Hình 2.21. Mã hóa Manchester trên luồ ị
ng bit nh phân [33]....................................48
Hình 2.22. Nguyên lý hoạt động của phương pháp điều ch bi i xung VPPM [35]
ế ến đổ
...................................................................................................................................49
u ch xung ánh sáng [35]...................................................................50
Hình 2.24. Không gian màu CIE với hai trụ ả ế
c xy và 7 d i màu (000 đ n 110) .........52
Hình 2.25. Mô hình hệ ống CSK cơ bả
th n [38]........................................................53
Hình 2.26. Không gian ký hi u 4-CSK [39] .............................................................55
ệ
Hình 2.27. Ánh xạ ữ ệu đố
d li i v i 4
ớ – CSK [39] ......................................................55

10
Hình 2.28. Không gian tín hiệu 8-CSK [39].............................................................56
d li i v i 8
ớ -CSK [39].........................................................56
Hình 2.30. Không gian ký hiệu 16-CSK [39] ...........................................................57
d li i v i 16
ớ -CSK [39].......................................................57
Hình 2.32. Tín hiệ ền đa đườ
u méo do truy ng...........................................................60
Hình 2.33. Mô hình h ng m ng lai PLC/VLC cho các ng d ng truy n s
ệ thố ạ ứ ụ ề ố liệu
trong nhà [42]............................................................................................................62
Hình 2.34. K k t h p chùm quang v i TDMA v ng h p a) : không s
ỹ thuật ế ợ ớ ới trườ ợ ử
d ng h p b) : s d ng TDMA [40]..............................................63
ụng TDMA và trườ ợ ử ụ
Hình 2.35. Mô hình kênh truy n VLC trong nhà......................................................64
ề
Hình 2.36. Thông số ế
thi t l th li
ậ ệ
p h ố ề ữ
ng truy n d ệ ằng đèn LED [43]
u b .............65
Hình 2.37. Môi trườ ề ữ ệ ằng đèn LED trong nhà [44]
ng truy n d li u b .......................66
Hình 2.38. Mả ả ả
ng LED vuông (bên trái) và m ng LED tròn (bên ph i) [45]............66
Hình 2.39. Phân bố độ sáng cho vi c tri n khai c m LED 4x4 hình vuông và phân b
ệ ể ụ ố
độ ệ ể ả
sáng cho vi c tri n khai m ng LED tròn [45]......................................................67
Hình 3.1. Hệ ố ề ữ ệ ử ụ
th ng truy n d li u dùng LED s d ng.............................................68
môi trường trong nhà.................................................................................................68
Hình 3.2. Mô hình căn phòng. Kích thước phòng là 5m x 5m x 3m. .......................69
Chiề ủ
u cao c a bàn là 0,8 m so với sàn ......................................................................69
Hình 3.3. Phân bố ốn đèn LED trên trầ
b n nhà..........................................................70
Hình 3.4. Nguồn sáng................................................................................................71
Hình 3.5. Minh họa các đạ ợ
i lư ng trên mô hình tính toán [47] ................................72
Hình 3.6. Phân bố ờng độ ớ ờ ợ ộ ữ
cư sáng v i trư ng h p m t LED treo gi a phòng.........73
Hình 3.7. Phân bố ờng độ ớ ờ ợ ố ữ
cư sáng v i trư ng h p b n LED treo gi a phòng ..........73

11
Hình 3.8. Minh họa các đại lượng tính toán trong trườ ợp có tính đế ả ạ
ng h n ph n x của
tường .........................................................................................................................75
Hình 3.9. Phân bố ấ
công su t thu vớ ờ ợ ộ ữ
i trư ng h p m t LED treo gi a phòng............77
Hình 3.10. Phân b công su t thu v ng h p b n LED treo gi a phòng..........77
ố ấ ớ ờ
i trư ợ ố ữ
Hình 3.11. Phân b công su t thu m
ố ấ ột LED trong trường h p k t n i có t
ợ ế ố ính đế ả
n ph n
x c a m t ph ............................................................................................77
ạ ủ ặ ẳng tường
Hình 3.12. Phân b công su t thu b
ố ấ ốn LED trong trườ ợ
ng h p k t n
ế ối có tính đến phản
x c m t ph ............................................................................................78
ạ ủa ặ ẳng tường
Hình 3.13. Phân bố ễ ờ ợ ử ụ ộ
tr RMS trư ng h p s d ng m t LED ....................................79
Hình 3.14. Phân bố ễ ờ ợ ử ụ ộ
tr MD trư ng h p s d ng m t LED ......................................79

12
M U
Ở ĐẦ
Truy n thông b ng ánh sáng nhìn th y (Visible Light Communication - VLC)
ề ằ ấ
là m t trong nh c chính trong giao ti p không dây. Nó ho ng gi ng
ộ ững lĩnh vự ế ạt độ ố
như sợ ọ nhưng môi trườ ề ẫ ự ệ ế ạ
i quang h c, ng truy n d n là không gian t do. Vi c ch t o
ra đèn đã ạ ự ế ộ ớ ề ả ế
LED mang l i s ti n b l n trong cách truy n thông ánh sáng kh ki n.
LED v có th c s d ng u sáng, v a có th s d ng truy n d u,
ừa ể đượ ử ụ để chiế ừ ể ử ụ để ề ữ liệ
nhưng bộ phát và b thu ph
ộ ải ở trong t m nhìn c a nhau.
ầ ủ Đèn LED được s d
ử ụng như
b phát g i d u b ng cách nh p nháy ánh sáng t u này s không
ộ ử ữ liệ ằ ấ ở ốc độ cao, điề ẽ
ảnh hưở đáng kể đố ớ ắt ngườ ộ ậ ấ ở ốc độ
ng i v i m i. B nh
thu n ánh sáng nh p nháy t cao
và gi i mã truy n d u. M t l l n c a VLC là nó có th n d dàng do
ả ề ữ liệ ộ ợi thế ớ ủ ể thực hiệ ễ
nh g n, công su t th u sóng radio.
ỏ ọ ấ ấp và ngăn nhiễ
Hiện nay trên th gi i, các
ế ớ ứng d ng c a vi c truy n thông b
ụ ủ ệ ề ằng đèn LED ngày
càng ph bi n. Các ng d ng này bao g n truy n d u xe b
ổ ế ứ ụ ồm phương tiệ ề ữ liệ ằng đèn
pha, phát hi n v trí, h ng giao thông thông minh, truy n thông c m bi n hình
ệ ị ệ thố ề ả ế
ả ề ề ả … ẽ ảnh hưở ớ
nh, truy n thông internet và truy n t i âm thanh-video VLC s có ng l n
trong giao tiếp trong tương lai, đặc bi t trong b i c nh cu c cách m ng công ngh 4.0
ệ ố ả ộ ạ ệ
– xu hướ ệ ờ ệ ự động hóa và trao đổ ữ ệ
ng hi n th i trong vi c t i d li u.
V i nh ng lí do trên, trong quá trình tìm hi u và nghiên c u v h
ớ ữ ể ứ ề ệ thống thông
tin s d ng ánh sáng nhìn th
ử ụ ấy, em đã lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu đặc tính truyền
dữ liệu của đèn LED”
m nh ng n
Luận văn gồ ữ ội dung chính sau :
Chương 1 : ổ ề ệ ố ề ằ ” đưa ra
“T ng quan v h th ng truy n thông b ng sánh sáng :
nh ng khái ni
ữ ệm cơ bản c a công ngh truy n thông b ng ánh sáng nhìn th y
ủ ệ ề ằ ấ , l ch s
ị ử
phát tri n, ng d ng c a h ng truy n d u b ng ánh sáng nhìn th trong th
ể ứ ụ ủ ệ thố ề ữ liệ ằ ấy ực
t m c a h ng này.
ế. Ưu, nhược điể ủ ệ thố
Chương 2 : “Đặ ề ữ ệ ủa đèn LED” : đưa ra cấ ạ ủa đèn
c tính truy n d li u c u t o c
LED, mô hình t ng quan c a m t h ng truy n d u s d
ổ ủ ộ ệ thố ề ữ liệ ử ụng đèn LED, các
phương pháp điề ế và điề ỉnh độ ệ ố ề ữ ệ ằng đèn
u ch u ch sáng trong h th ng truy n d li u b

13
LED, m t s
ộ ố phương ằ tăng hiệu năng hệ ố
pháp nh m th ng và m t s nghiên c u phân
ộ ố ứ
tích h th li
ệ ố ề ữ
ng truy n d ệu đèn LED ở môi trường trong nhà.
Chương 3 : “Mô hình gi i tích h ng truy n d
ả ệ thố ề ữ liệ ử
u s dụng đèn LED” : mô
hình hóa m t h ng truy n d u s d ng trong nhà và
ộ ệ thố ề ữ liệ ử ụng đèn LED ở môi trườ
tính toán th
, đánh giá hoạt độ ệ
ng h ố ằ ầ ề
ng b ng ph n m m MATLAB.
Phầ ố
n cu i cùng t lu i toàn b lu
- “Kế ận chung” sẽ đánh giá lạ ộ ận văn, khái quát
nh ng n i dung chính, nh m và h n ch c a lu ng th
ữ ộ ững ưu điể ạ ế ủ ận văn đồ ời đưa ra các
hướ ứ ế
ng nghiên c u ti p theo.
Em xin c y cô giáo t i h c Bách Khoa Hà N
ảm ơn các thầ ại Trường Đạ ọ ội đã
nhi t tình gi ng d em trong quá trình h c t c bi t em
ệ ả ạy và giúp đỡ ọ ập tai trường. Đặ ệ
xin chân thành c h y giáo PGS.TS. Hà Duyên Trung n t n
ảm ơn t ầ – Viện Điệ ử Viễ
thông đã trự ếp hướ ẫ ận văn này.
c ti ng d n em hoàn thành lu
!
Em xin chân thành cám ơn

14
CHƯƠNG Ổ Ề Ệ Ố Ề
1 - T NG QUAN V H TH NG TRUY N
THÔNG B NG ÁNH SÁNG
Ằ
Alexander Graham Bell, vào năm 1880 đã giớ ệ ệ ử ụ
i thi u khái ni m s d ng ánh
sáng như mộ phương tiệ ề ớ ự ủ ộ ế
t n truy n thông v i s phát minh c a photo phone, m t thi t
b c s d n m t tín hi u i thông qua m t chùm ánh sáng. Bell t p
ị đượ ử ụng để truyề ộ ệ thoạ ộ ậ
trung ánh sáng m t tr i b ng s d ng m
ặ ờ ằ gương và sau đó ử ụ ột cơ chế làm rung gương
để truyề ế
n ti ng nói của mình đi. Chùm rung được thu th p b i máy thu
ậ ở ở đầu nh n và
ậ
gi i mã tr l i tín hi u tho Thí nghi a Bell g p ph
ả ở ạ ệ ại. ệm củ ặ ải khó khăn dướ ảnh hưở
i ng
c và ng thí nghi m c a mình.
ủa sương mù và mưa ông đã ngừ ệ ủ
Sáng ch i khái ni m v truy
ế ra đèn LED vào năm 1961 đã mang lạ ệm ới ề ền
thông li
d a trên ánh sáng tr ng phát ra t , g i d
ự ắ ừ đèn LED ử ữ ệ ằ ấ
u b ng ánh sáng nh p
nháy t r t cao và vô hình i v m i. Trong giao ti p ánh sáng kh
ở ốc độ ấ đố ới ắt ngườ ế ả
ki n, c s d phát và t c s d ng b .
ế LED đượ ử ụng như bộ photo điố đượ ử ụ như ộ thu Phổ
ánh sáng nhìn th c s
ấy đượ ử ụng như là phương tiệ ề ẫ
d n truy n d n.
1.1 Khái ni m v h Visible Light Communication (VLC)
ệ ề ệ thống
Hình 1.1. D c sóng c a ánh sáng nhìn th y
ả ớ
i bư ủ ấ
Visible Light Communication VLC
- là công ngh truy n thông không dây
ệ ề
b ng cách s d ng ánh sáng tr ng bao g m nhi
ằ ử ụ ắ ồ ều ánh sáng đơn sắc bi n thiên liên t
ế ục

15
trong d c sóng t 380 n 760 ng v i m t d i t n s t 400
ải bướ ừ nm đế nm tương ứ ớ ộ ả ầ ố ừ –
790 THz. Do ánh sáng nhìn th i, công ngh này ít nguy
ấy “thân thiện” với con ngườ ệ
hại hơn so với công ngh truy n thông vô tuy
ệ ề ến (RF). VLC còn đượ ết đế
c bi n v i tên
ớ
g -fi.
ọi khác là Li
1.2 L ch s phát tri n c a công ngh truy n thông không dây VLC
ị ử ể ủ ệ ề
Ý tưở ề ả ằ ấ ả ưở
ng truy n t i thông tin b ng ánh sáng nhìn th y không ph i là ý t ng
m i. T
ớ ừ hàng nghìn năm trước, nh ng ng n h u tiên là nh ng ng n tháp
ữ ọ ải đăng đầ ữ ọ
nh nh có nh ng gi kim lo ng ng Chúng có nhi m v
ỏ trên đỉ ữ ỏ ạ ự
i đ ọn đuốc đang cháy. ệ ụ
h hoa tiêu cho các con tàu bi ng th
ỗ trợ ển định hướng và tìm đường, đồ ời đánh dấu
các đườ ờ
ng b bi n hay các bãi c n nguy hi m, các l i an toàn vào c ng b ng cách g
ể ạ ể ố ả ằ ửi
nh ng chùm sáng nh p nháy theo chu k .
ữ ấ ỳ
Hình 1.2. Ngọ ải đăng Hòn Dấ
n h u – Đồ Sơn
Một c t m
ộ ốc đánh dấ ệ
u vi c s d ng ánh sáng nhìn th
ử ụ ấy để truy n thông tin sau
ề
này thu c v m nhà khoa h c Scotland tên là
ộ ề ột ọ Alexander Graham Bell, người đã
phát minh ra thi t b Photophone
ế ị vào ngày 19 tháng 2 năm 1880 tại phòng thí nghiệm

16
ở ớ ộ ự ủ ế ị
Washington, DC cùng v i c ng s c a ông là Charles Summer Tainer [1]. Thi t b
này truy n thông b ng
ề ằ ánh sáng mặt trời.
Tại đầu phát, ánh sáng sẽ được h i t qua th
ộ ụ ấu kính, đến phía ng nói. Sau
ố ống
nói s c g n m nh, có nhi m v c a ánh sáng
ẽ đượ ắ ột gương mả ệ ụ làm thay đổi cường độ ủ
m t tr i chi
ặ ờ ếu đến theo độ rung của âm thanh khi có người nói vào. Thông tin sẽ được
điề ế ền đi bằ ớ
u ch và truy ng sóng ánh sáng t i phía thu.
Hình 1.3. Mô hình thu phát của photophone [1]
T u thu, m c n i v i ngu n, pin này
ại đầ ột pin Selenium đượ ố ớ ồn điệ được đặt ở
trung tâm c a m
ủ ột gương dạng parabol. Ánh sáng sẽ được t p trung vào pin Selenium
ậ
và cường độ sáng thay đổ ến cho điệ ở ủa pin thay đổ ạo ra dòng điệ
i khi n tr c i t n làm
thay đồ ủ ố ừ đó sẽ
i màng rung c a ng nghe, t phát ra âm thanh [1].
B ng h
ằ ệ thống này, h c hi n vi c truy n thông
ọ đã thự ệ ệ ề ở ả
kho ng cách 213 mét.
Tuy nhiên do độ ễ ớ ộ ớ ự ụ ộ ặ ẽ ờ ế
nhi u quá l n, c ng v i s ph thu c quá ch t ch vào th i ti t mà
cỗ máy này chưa thực sự chiếm đượ ự
c s quan tâm đúng mức c a c n ng khoa h
ủ ộ g đồ ọc
lúc bấ ờ
y gi .
Đến năm 1907, ện tượ ế đổ điện thành ánh sáng đượ
hi ng bi n i dòng c H. J.
Round phát hiện đầu tiên ở phòng thí nghi m Marconi
ệ . Năm 1961, các nhà thí nghiệm
ngườ ỹ
i M Robert Biard và Gary Pittman, phát hi n GaAs phát ra tia h ng ngo i khi
ệ ồ ạ

17
có dòng điệ ạy qua và đã phát minh ồ ạ ồ ừ
n ch ra LED h ng ngo i. Các ngu n sáng t bán
d n m ra m n cho vi t h p truy n thông và chi u sáng .
ẫ ở ột cơ hội rất lớ ệc kế ợ ề ế
LED t t t c Light Emitting Diode ) là
(viế ắ ủa , có nghĩa là điốt phát quang
các t có kh ánh sáng hay tia h ng ngo i, t ngo i
điố ả năng phát ra ồ ạ ử ạ . Cũng giống như
điốt, LED đượ ấ ạ ừ ộ ố ẫ ạ ớ ộ ố ẫ ạ
c c u t o t m t kh i bán d n lo i p ghép v i m t kh i bán d n lo i n.
T pin LED sáng nh c ghi nh Imalent DX80, v
ới tháng 5/2018, đèn ất đượ ận là đèn ới
độ chiếu sáng lên đến 32,000 lumen ở chế độ turbo [2]. Lý do chúng ta có th s d ng
ể ử ụ
đèn LED trong hệ ố ự thay đổi dòng điện đi qua LED thì độ
th ng VLC là vì khi có s
sáng c i theo, s i này di n ra r t nhanh khi n m
ủa đèn LED cũng thay đổ ự thay đổ ễ ấ ế ắt
thườ ể ệt được. Khi đó, thông tin được điề ế ủ
ng không th phân bi u ch vào ánh sáng c a
LED và truyền đi tới thu.
bộ
1.3 Công ngh VLC trong th
ệ ực tế
V i s phát tri n nhanh chóng c a công ngh u sáng s d ng bán d
ớ ự ể ủ ệ chiế ử ụ ẫn
(solid-state lighting), công ngh VLC s d ng LED cho phép truy n t i d u v
ệ ử ụ ề ả ữ liệ ới
tốc độ lên tới hàng Gbps. Vào năm 2015, một nhóm các nhà khoa học đã chứng minh
r ng có th truy n t i thông tin t n 1,68 Gb/s kho ng cách 3 cm
ằ ể ề ả ở ốc độ cao lên đế ở ả
(cường độ ế ử ụ ắ ạ ững ưu
chi u sáng 240 lumen) s d ng ánh sáng tr ng [3]. Bên c nh nh
điể ề ốc độ ệ ững ưu điể
m v t , công ngh VLC còn mang trong mình nh m khác, nó cho
phép t o ra nh
ạ ững kênh thông tin an toàn trong môi trường văn phòng hoặc tòa nhà.
V i nh , b p và ti t ki c nghiên c u
ớ ững ưu điểm như : rẻ ền, đẹ ế ệm điện năng, việ ứ
đặ ề ẫ ủa đèn LED sẽ ạ ột cơ sở ạ ầ ừ ụ ế
c tính truy n d n c t o ra m h t ng v a có tác d ng chi u
sáng, vừa có tác dụ ề ộ
ng truy n thông tin m t cách an toàn và nhanh chóng.
Trong thực tế ện đang đượ ụ ộ
, VLC hi c áp d ng trong m t số ực như :
lĩnh v
H ng chi
ệ thố ếu sáng thông minh : h ng ánh sáng thông minh trong các tòa nhà
ệ thố
v i công ngh VLC cung c h t ng nh m v a chi u sáng, v u khi n,
ớ ệ ấp cơ sở ạ ầ ằ ừ ế ừa điề ể
v a truy n thông.
ừ ề

18
Hình 1.4. Công nghệ ự
VLC trong th c tế ]
[4
th ng chi u sáng thông minh ]
[5
Ứng dụng môi trường nguy hi m :
ể ứ ụ
ng d ng trong nh ng khu v
ữ ực có độ nguy hiểm
cao (ví dụ ỏ ầu, …)
trong các m , nhà máy hóa d [6].
Ứ ụ
ng d ng trong giao thông thông minh : Xe ô tô s d
ử ụng các đèn LED để chiếu
sáng, đèn giao thông, biến báo và đèn đường cũng ử ụ ệ
s d ng công ngh LED nên có

19
r t nhi u ng d i v i công ngh
ấ ề ứ ụng đố ớ ệ VLC trong lĩnh vực giao thông, v n t Có th
ậ ải. ể
k n các c m bi m bi c va ch n t kh p, c nh báo
ể đế ả ến như cả ến trướ ạm, phanh điệ ử ẩn cấ ả
thay đổi làn đườ ảnh báo tăng tốc…Do độ ễ ự ỳ
ng, c tr c c k p, h ng truy n ánh
thấ ệ thố ề
sáng tố ộ cao như Li ể đượ
c đ -fi có th c ứ ụng như hì dưới đây
ng d nh 1.6 [7].
Hình 1.6. Ứ ụ ệ ố ậ
ng d ng VLC trong h th ng giao thông v n tải ]
[7
Ứ ụ ền thông dưới nướ
ng d ng trong truy c : Sóng điệ ừ ể ề ố
n t không th lan truy n t t
trong môi trường nước. Do đó, ể ợ ử ụ ền thông dướ
VLC có th đư c s d ng trong truy i
nước. Hình 1.7 minh h a quá trình truy n thông c a m
ọ ề ủ ột thi t b l n ng
ế ị ặ ầm dưới nước.
Do kho ng cách t n t i tàu m t bi n quá xa, m t kênh truy n thông quang
ả ừ đáy biể ớ ở ặ ể ộ ề
đượ ể ừ ặ ớ ố g đáy biể ựa trên điể ể ế
c tri n khai t tàu trên m t nư c xu n n d m chuy n ti p [7].
Hình 1.7 ng
. Ứ ụ
ng d VLC trong truy c
ền thông dướ ớ
i nư [7]

20
M t thi
ộ ế ị
t b s d ng khác s d ng công ngh VLC do công ty Marine Comms
ử ụ ử ụ ệ
Ryukyu sáng ch [8] nh m giúp các th l n có th s d ng gi nói chuy
ế ằ ợ ặ ể ử ụ ọng nói để ện
v ng c có tên g - t b này có kho ng
ới nhau trong môi trườ nướ ọi là “i MAJUN”. Thiế ị ả
cách giao tiế ối đa là 30 mét vớ ộ sáng đèn LED tối đa 1500 lumen.
p t i đ
Hình 1.8. t b i-MAJUN [8]
Thiế ị
Hình 1.9. ng d c hàng không [9]
Ứ ụng VLC trong lĩnh vự

21
Ứ ụng trong lĩnh ự
ng d v c hàng không : Vì nh ng lí do an toàn, r n tho
ữ adio và điệ ại
không được ưa chuộ ủa máy bay. Đèn LED đượ ử
ng trong khoang hành khách c c s
dụng để chiếu sáng cũng có thể s d
ử ụng để truy n d
ề ữ liệu, cung c p các d ch v truy
ấ ị ụ ền
thông cho hành khách. Điề ả ế ạ ọng lượ ủ
u này giúp gi m chi phí ch t o và tr ng c a máy
bay.
Hình 1.10. ng d ng VLC trong b nh vi n
Ứ ụ ệ ệ
Ứ ụ ệ ện và chăm sóc sứ ẻ
ng d ng trong b nh vi c kho : T i b nh vi t b
ạ ệ ện, nơi các thiế ị
radio không đượ ử ụ ễu điệ ừ ể ảnh hưởng đế ứ ẻ
c phép s d ng vì nhi n t có th làm n s c kho
c a b nh nhân, VLC s cung c p các kênh liên l c trong b nh vi n. Bên c
ủ ệ ẽ ấ ạ ệ ệ ạnh đó,
công ngh này còn giúp xây d ng các ng d nh v trí (Location-based
ệ ự ứ ụng xác đị ị
Service - n lý b nh nhân trong toà nhà.
LBS) để quả ệ
1.3.1 H ng VLC c a vi n Fraunhofer
ệ thố ủ ệ
Viện Fraunhofer Heinrich H i Fraunhofer
ertz (HHI), là một tổ chức của hộ
có trụ sở tại Berlin chuyên nghiên cứu về viễn thông, có bộ phận mạng quang tử lớn
và có một phòng thí nghiệm nghiên cứu mạng quang trong nhà và VLC.
Theo như thông tin từ viện [10], hệ thống VLC của viện Fraunhofer có những
thông số như sau :

22
Hình 1.11 i b
. Hệ thống kết nố ộ ộ ủ ệ
thu và b phát c a vi n Fraunhofer
 Nguồn sáng : bất kỳ đèn LED công suất cao nào.
 Trao đổi dữ liệu quang hai chiều.
 Tỷ lệ thích ứng rộng.
 Tốc độ dữ liệu đỉnh 1 Gbit/s.
 Độ trễ thấp (< 2 ms).
 Giao diện Ethernet RJ45 phổ thông.
 Kích thước : 87 mm x 114 mm x 42 mm (không kể thấu kính).
Hình 1.12. Thi k i LED Blackhaul Frauhofer
ết bị ết nố –

23
Đến v i thi t b Blackhaul Frauhofer,
ớ ế ị đây là mộ ế
t thi t b liên k t khác d
ị ế ựa trên
giao ti u này ch d a trên ph ph h ng ngo (Ifra red)
ếp ánh sáng. Điề ỉ ự ổ IR ổ ồ ại –
thi t b này là :
Các tính năng của ế ị
 Đèn LED hồng ngoại.
 Sắp xếp dễ dàng: 500 Mb / giây trên 100 m 250 Mb / giây trên 200 m.
 Trao đổi dữ liệu hai chiều.
 Tỷ lệ thích ứng động.
 Độ trễ thấp (< 2 ms).
 1 chipset và giao diện GbE.
 Trọng lượng : 3 Kg.
 Kích thước : 240 mm x 230 mm x 130 mm.
Hình 1.13 i Sangikyo
. Thi - c phát tri n b
ết bị Li fi đượ ể ở
G a trên thi t b này, nhà cung c p vi n thông Nh t B n Sangikyo
ần đây, dự ế ị ấ ễ ậ ả
[11] n ph m Li- u tiên d a trên công ngh backhaul LED quang
đã cho ra đời sả ẩ Fi đầ ự ệ
c a Fraunhofer HHI. Công ty này n ph m Li- u tiên mang tên LED
ủ đã tung ra sả ẩ Fi đầ
Backhaul. Công ngh c c gi i thi m t relay video 4K / 8K
ệ ốt lõi ban đầu đượ ớ ệu như ộ
t d u c t n 750 MB/s.
ố ộ
c đ ữ liệ đạ ợ
t đư ừ 100 đế

24
1.3.2 H ng VLC c a Velmenni
ệ thố ủ
Hình 1.14. Đèn LED của hãng Velmenni Jugnu
Velmenni [12 là m t công ty kh i nghi New Delhi ( n
] ộ ở ệp ở Ấn Độ) đang triể
khai m t thi t b m i LED
ộ ế ị ớ liên quan đến VLC : Jugnu là một thế hệ mới của đèn
thông minh được chiếu sáng và truyền dữ liệu với ánh sáng khả kiến, trước mắt là
đèn LED Li- .
fi
Hiện Velmenni đang thực hiện một dự án cho phép truyền dữ liệu từ đèn LED
tới LED hoặc tới điện thoại di động và internet. Do đó Velmenni đang viết một ứng
dụng Android có thể nhận dữ liệu từ đèn LED Jugnu.
1.3.3 H ng Pure Li-
ệ thố fi
Pure Lifi [13 là m t công ty công ngh truy n thông t k h ng Li-
] ộ ệ ề thiế ế ệ thố Fi.
Pure -fi có ba d án d t h
Li ự ựa trên VLC theo thứ ự thế ệ là: Li-1st
, Li-Flame, Lifi-X.
Sản phẩm Li-1st
là thiết bị VLC bao gồm ba phần : bộ phận gắn trên trần,
đèn LED và bộ phận thu được gắn máy tính để bàn. Đơn vị gắn trên trần được kết nối
với internet và hoạt động như bộ điều biến đường xuống và bộ giải điều chế
cho cho
đường lên. Đèn LED truyền các thông tin sử dụng ánh sáng và bộ phận thu được gắn
với máy tính để bàn.

25
Hình 1.15. Thi -1st
ết bị Li
Li-1st là thi t b truy n thông song công hoàn ch nh có th t t t
ế ị ề ỉ ể đạ ới ốc độ 5
Mbps ở ả đườ ống và đườ ớ ạm vi 5 mét. Hơn nữ
c ng xu ng lên v i ph a, Li-1st có thể
truy n tín hi u NLOS.
ề ệ
Li-Flame là h ng Pure Li-fi th h
ệ thố ế ệ thứ hai. Nó đượ ớ ệ ạ ộ
c gi i thi u t i h i nghị
Mobile World ngày 2 tháng 5 năm 2015 tạ ộ ợ ố ế ể
i h i tr qu c t phát tri n Scotland. Các
chức năng củ ế ị ố ớ
a thi t b này gi ng v i Li-1st
k thu t thì khác. Li-
nhưng các thông số ỹ ậ
Frame bao g m hai thi t b treo tr n Li- g
ồ ế ị : đơn vị ầ Flame và đơn vị để ắn máy tính để
bàn Li-Flame.
B phát Li-Flame có các thông s k t sau :
ộ ố ỹ thuậ
 Tốc độ đường xuống tối đa : 10 Mb/s.
 Phạm vi hoạt động 3 mét (tối đa 5 mét).
 Cấp nguồn qua cổng POE Ethernet.
 Hỗ trợ đa truy nhập.
B -Flame có nh
ộ thu Li ững đặc tính sau :
 Tốc độ đường lên 10 Mbps thông qua kết nối hồng ngoại.

26
 Kết nối với máy tính thông qua USB.
 Thiết bị để gắn vào máy tính có khả năng di động cao hơn so với Li-1
st vì nó
có pin và bộ thu phát có thể được người dùng điều chỉnh để tối ưu hóa kết nối
Li- -1
Flame là bán song công và không song công hoàn toàn như Li st
.
Hình 1.16. Thi thu và phát Li-Flame
ết bị
-X là s n ph m h ba c a công ty Pure LiFi- c ra m
LiFi ả ẩ thế ệ thứ ủ LiFi. X đượ ắt
l h i ngh Mobile World. -X là s n hóa
ần đầu tiên vào tháng 2 năm 2016 tại ộ ị LiFi ự tiế
c ng Li-Flame.
ủa hệ thố
Theo các tính năng chính của LiFi-X :
 Truy n thông song công hoàn ch nh.
ề ỉ
 T ng xu ng 40 Mb / giây.
ố ộ
c đ đường lên và đườ ố
 H USB.
ỗ trợ
B phát Lifi-X :
ộ
 H ngu n Ethernet (POE) ho c PLC.
ỗ trợ ồ ặ
 Cho phép đa truy nhập.
 Điề ể ể ển đổ ề ạch thông qua điể
u khi n chuy n giao cho phép chuy i li n m m truy
c p (Access Point).
ậ
B thu Lifi-X :
ộ
 L y ngu n nuôi thông qua c ng USB 2.0.
ấ ồ ổ
 H chuy n giao, cho i dùng truy nh p phiên không dây c a h
ỗ trợ ể phép ngườ ậ ủ ọ
n u h di chuy n.
ế ọ ể

27
Hình 1.17. Thi thu và phát Li-fi X
ết bị
Hình 1.18. Thiết bị thu và phát Li-fi XC
Hiệ ạ ế ệ thư tư củ X đã đượ ố ối năm
n t i, Lifi-XC, th h a Lifi- c công b vào cu
2017. LiFi th
-XC m i có ki u u, v i v nhôm và thi t k
ớ ể dáng đẹp hơn nhiề ớ ỏ ế ế ời trang
gi ng v USB cao c p. H ng này có thông s
ố ới ổ ấ ệ thố ố như sau :
 Truy n thông song công hoàn ch nh.
ề ỉ
 T ng xu ng 40 Mb / giây.
ố ộ
c đ đường lên và đườ ố
B phát -XC :
ộ Lifi
 H truy c p v i m t b ánh sáng LED.
ỗ trợ ậ ớ ột loạt thiế ị
 Nhiề ọ ắ ầ
u tùy ch n g n trên tr n.
 H POE ho c PLC.
ỗ trợ ặ
 D i h ng chi u sáng.
ễ dàng cài đặt vớ ệ thố ế

28
B thu Lifi-XC :
ộ
 R : 43 G .
ất nhẹ am
 Tương thích với USB 2.0.
 H Window 10, Window 7, Linux.
ỗ trợ
 Plug and Play.
 Hiệ ấ ọ ớ ở 60 độ
u su t quang h c cao v i góc m FOV .
1.3 -
.4 Đèn Panel Li fi
Hình 1.19. Thi thu và phát Li-fi VLNComm
ết bị
T i thi ] v i t
ại CES 2018, công ty VLNComm đã giớ ệu đèn LED Panel [14 ớ ốc
độ ốc độ ề ể ủ ộ
Download 108 Mb/s và t chi u up 53 Mb/s và có th ph trong m
sóng t
di n tích 48 mét vuông.
ệ Khoảng 15 ngườ ể đồ ờ ậ ữ ệ
i dùng có th ng th i nh n d li u thông
qua vi c s d ng t b này v p (< 0,4 ms) [15 ng
ệ ử ụ thiế ị ới độ trễ thấ ]. Cũng như các hệ thố
Lifi- -fi g m có hai thành ph n : b thu và b phát.
X, hệ thống đèn panel Li ồ ầ ộ ộ
1.4 a h ng VLC
Ưu, nhược điểm củ ệ thố
1.4.1 m
Ưu điể
 Băng thông lớn – Dải tần gấp 10000 lần so với sóng vô tuyến.
 Mật độ dữ liệu gấp 1000 lần so với Wi thể xuyên
-fi do sóng ánh sáng không
qua vật thể nên tập trung tại một vùng không gian nhất định.
 Tốc độ cao nhờ nhiễu thấp, cường độ chiếu sáng và băng thông lớn.
 Chi phí cho hệ thống thấp : vừa có thể dùng để chiếu sáng vừa có thể dùng để
truyền thông tin.

29
 An toàn : không gây ra nhiễu điện từ EMI, không gây ảnh hưởng đến sức khỏe
người dùng.
 Bảo mật cao.
1.4.2 m
Nhược điể
 VLC có một nhược điểm lớn so với Wi i đó là thiết bị kết nối phải nằm trong
-f
tầm nhìn của bóng đèn LED.
 Phải thay thế toàn bộ hệ thống chiếu sáng trong nhà.
 Không thể sử dụng VLC trong bóng tối.
1.5 Kết luận chương
N t ày khái quát v h ng truy n thông b ng
ội dung chương mộ đã trình b ề ệ thố ề ằ
ánh sáng VLC (Visible Light Communication). Nhìn vào l ch s quá trình phát tri
ị ử ển
c a VLC, ta th y r t công ngh lâu và hi n t
ủ ấ ằng đây là mộ ệ đã có từ ệ ại ngày càng được
ứ ụ ều lĩnh vự ộ ố ặ ồ ạ ộ ố nhược điể
ng d ng vào nhi c trong cu c s ng. M c dù t n t i m t s m
nhưng có một điể ất đáng quý đó là công nghệ ế ứ ớ ứ ỏ
m r này h t s c an toàn v i s c kh e
con ngườ tương lai, ệ ứ ẹ ẽ ề ứ ụng hơn nữ
i. Trong công ngh VLC h a h n s có nhi u ng d a
đố ớ ả ề ẻ ốc độ ở môi trườ
i v i c truy n thông quang không dây giá r t cao ng trong nhà
cũng như môi trườ ờ ự ắ
ng ngoài tr i c ly ng n.

30
CHƯƠNG 2 ĐẶ Ề Ữ Ệ Ủ
- C TÍNH TRUY N D LI U C A
ĐÈN LED
Nhờ nh ng tính ch t t
ữ ấ ốt như điện năng tiêu thụ ấ
th p, giá thành r , tu i th cao,
ẻ ổ ọ
ngày nay công ngh truy n thông s d
ệ ề ử ụng đèn LED đã trở nên phổ biế Chương này
n.
sẽ trình bày chi ti t v
ế ề ạ ộ ủ ầ ơ ả ủ
nguyên lý ho t đ ng c a đèn LED, các thành ph n c b n c a
m t h ng truy n thông VLC, các mô hình k t n
ộ ệ thố ề ế ối VLC cũng như các phương
pháp điề ế và điề ỉnh độ ệ ố ễ ộ
u ch u ch sáng trong h th ng VLC, nhi u trong VLC và m t
s ng.
ố phương án nhằm tăng hiệu năng hệ thố
2.1 Nguyên lý hoạ ộ
t đ ng của đèn LED
LED (vi t t t c a Ligh t phát quang) là các t
ế ắ ủ t Emitting Diode, nghĩa là điố điố
có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngo i, t ngo
ạ ử ại. Cũng giống như điốt, LED
đượ ấ ạ ừ ộ ố ẫ ạ ớ ộ ố ẫ ạ ớ ự
c c u t o t m t kh i bán d n lo i p ghép v i m t kh i bán d n lo i n. V i s
phát tri n c a công ngh n có hi u qu chi u sáng cao,
ể ủ ệ, LED đã trở thành phương tiệ ệ ả ế
tiêu thụ ít điện năng, dầ ầ ế cho đèn huỳ
n d n thay th nh quang.
Hình 2.1. [16]
Đèn LED
Nguyên lý ho ng c a LED :
ạt độ ủ
LED d a trên công ngh bán d n. Ho ng c a LED gi ng v i nhi u lo
ự ệ ẫ ạt độ ủ ố ớ ề ại
điốt bán d n. Kh i bán d n lo i p ch a nhi u lo i l
ẫ ố ẫ ạ ứ ề ạ ỗ trống tự do mang điện tích dương
nên khi ghép v i kh i bán d n n ch n t t n tích thì các l
ớ ố ẫ ứa các điệ ử ự do mang điệ âm ỗ
trống này có xu hướ ển độ ế ố ố ạ
ng chuy ng khuy ch tán sang kh i n. Cùng lúc kh i p l i

31
nh n t n tích âm) t kh i n chuy n sang. K t qu là kh i p tích
ận thêm các điệ ử (điệ ừ ố ể ế ả ố
điện âm (thi u h t l
ế ụ ỗ trống và dư thừa điện t ) trong khi kh
ử ối n tích điện dương (thiếu
h n t a l ng). biên gi i hai bên m t ti p giáp, m t s n t b
ụt điệ ử và dư thừ ỗ trố Ở ớ ặ ế ộ ố điệ ử ị
l ng thu hút và khi chúng ti n l i g ng k t h p v i nhau
ỗ trố ế ạ ần nhau, chúng có xu hướ ế ợ ớ
t o thành các nguyên t trung hòa. Quá trình này có th gi n
ạ ử ể ải phóng năng lượ g dưới
d ng ánh sáng (hay các b n t c sóng g
ạ ức xạ điệ ừ có bướ ần đó).
Tùy theo m ng gi i phóng cao hay th c sóng ánh sáng
ức năng lượ ả ấp mà bướ
phát t LED s khác nhau (t c màu s c c a LED s khác nhau). M ng (và
ừ ẽ ứ ắ ủ ẽ ức năng lượ
màu s c c a LED) hoàn toàn ph c vào c ng c a các nguyên t
ắ ủ ụ thuộ ấu trúc năng lượ ủ ử
chấ ẫ LED thường có điệ ế ự ận cao hơn điốt thông thườ
t bán d n. n th phân c c thu ng,
trong kho ng 1,5V - n th phân c c ngh LED thì không cao. Do
ả 3V. Nhưng điệ ế ự ịch ở
đó LED rấ ễ ị hư hỏng do điệ ế ngượ
t d b n th c gây ra.
Hình 2.2. Nguyên lý ho ng c ]
ạ ộ
t đ ủa đèn LED [17
Có r t nhi t o ra ngu n ánh sáng tr ng t n có
ấ ều cách để ạ ồ ắ ừ đèn LED nhưng hiệ
hai cách chính đó là :
 Sử dụng LED xanh trắng đơn chip : một loại chip bán dẫn xanh được phủ
một lớp phốt pho bên ngoài. Khi có dòng điện đi qua, chip sẽ phát ra ánh sáng

32
xanh, vàng.
sau đó phốt pho được kích thích bởi ánh sáng xanh sẽ phát ra màu
Sự kết hợp giữa hai ánh sáng xanh và vàng trên sẽ tạo ra ánh sáng trắng.
 Sử dụng LED RGB (Red- -Blue)
Green 625
: cấu tạo bởi ba chip đơn lẻ : Red –
nm, Green 525 nm, Blue 470
– – nm. Khi đó ba màu trộn vào nhau sẽ được ánh
sáng trắng.
Hình 2.3. LED chip đơn xanh ]
[18
Hình 2.4. LED RGB [19]

33
2.2 Mô hình h truy d
ệ thống ền dữ liệu sử ụng đèn LED
Hình 2.5. Ki n trúc c a m
ế cơ bản ủ ột hệ thống VLC
Ki n trúc c
ế ơ b n c h
ả ủa một ệ thống VLC đượ ể ện như trong hình 2.5 ệ
c th hi . H
th i
ố ồ end đượ ế ố ớ ế ị đầ ố
ng bao g m các VLC Front- c k t n i v i các thi t b u cu ở ột đầ
m u
và các LED và t
photo điố ở đầu kia. LED đóng vai quan trọ ừ ồ
ng khi v a là ngu n sáng
đồng th i truy n d
ờ ề ữ liệu. Dữ liệu được truyền đi giữa hai ho c nhi u thi t b
ặ ề ế ị đầu cuối.
M i thi t b u cu i bao g m m t máy phát ho c m t máy thu. Máy phát truy n d
ỗ ế ị đầ ố ồ ộ ặ ộ ề ữ
liệu vào kênh không gian tự do và được thu b i m
ở ột máy thu t t b
ại một thiế ị đầ ố
u cu i
khác. Thi t b u cu i giao ti n ho n d u theo
ế ị đầ ố ếp cho phép người dùng truyề ặc nhậ ữ liệ
lo là
ại văn bả ặ ả ế ị đầ ố ể
n ho c hình nh. Thi t b u cu i có th m t máy tính xách tay/PC,
ộ
thiế ị
t b nhúng ho c th
ặ ậm chí là điệ ại thông minh/ điệ
n tho n tho i ho c máy tính b ng
ạ ặ ả
[20].
V y,
ậ H ng VLC nói n :
ệ thố chung gồm có 3 thành phầ
- Phía phát.
- Kênh truyền.
- Phía thu.
M t thi t b u cu i s d truy n thông tin ph c tích h p c hai
ộ ế ị đầ ố ử ụng để ề ải đượ ợ ả
ph n là phát và thu.
ầ

34
2.2.1 Bộ phát
Thành phầ ủ
n chính c a b truy n tín
ộ phát chính là đèn LED là thiết bị dùng để ề
hi u t nhi u lo o ra ánh sáng tr -
ệ đi. Có rấ ề ại đèn LED tạ ắng như : LED đơn màu phot
pho, LED RGB (Red- -
Green Blue)….
Để đèn LED có thể ền đượ ầ ả ế ố
truy c thông tin thì ta c n ph i k t n i đèn LED vào
h ng d u hi n có.
ệ thố ữ liệ ệ
Có 2 cách k i ph bi n là :
ết nố ổ ế
 Kết hợp với truyền thông đường điện (Power Line –
Communication
PLC) : công nghệ này cho phép ta sử dụng đường điện có sẵn để cấp nguồn và truyền
dữ liệu cho bóng đèn LED.
H Mô hình PLC tích h p [21]
ình 2.6. ợ VLC
Nguyên mẫu tích hợp PLC và VLC đầu tiên được đề xuất vào năm 2003 sử
dụng khóa chuyển pha nhị phân ( ) nhằm truyền tải với tốc
binary phase shift keying
độ thấp. Việc áp dụng kỹ thuật OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao) được
áp dụng cho hiệu suất quang phổ cao hơn dưới môi trường kênh pha-đinh. Trên thực
tế, hệ thống PLC và VLC vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức, chẳng hạn như việc
tối ưu cấu trúc mạng và giao thức mạng, mô hình chính xác của kênh cá nhân và kênh
tích hợp…[22]

35
Hình 2.7. Sự ệ ấ ệ ố –
khác bi t trong c u trúc các h th ng VLC PLC [21]
Hệ thống tích h p VLC và PLC truy n th
ợ ề ống đượ ể
c th hiện như trong hình 2.7
(a). M t b gi gi u ch d u t PLC
ỗi đèn LED có mộ ộ ải mã PLC bên trong để ải điề ế ữ liệ ừ
sau đó giải điề ế ữ ệ
u ch d li u thông qua mô-đun VLC. Điều này tương tự như vi c gi
ệ ải
mã và chuy n ti p (Decode- -forward) trong h ng chuy n ti p. Nó giúp lo
ể ế and ệ thố ể ế ại
b nhi u và s tích t nhi u trong quá trình truy n d ph
ỏ ễ ự ụ ễ ề ữ liệu nhưng làm tăng độ ức
t p c a h ng (ch ng h c và m c tiêu th
ạ ủ ệ thố ẳ ạn như làm tăng kích thướ ứ ụ điện năng) của
mô- ng này b ng b n
đun VLC trong đèn LED. Hệ thố ị ảnh hưở ởi các đèn LED lân cậ
s truy n các tín hi u khác nhau và c ng xuyên n i dùng di
ẽ ề ệ ần handover thườ ếu ngườ
chuy kh c ph m này, m t h ng VLC tích h c th
ển. Để ắ ục nhược điể ộ ệ thố ợp PLC đượ ể
hi ].
ện như trong hình 2.7 (b) [21
H ng trong hình 2.7 (b) bao g m t t c t n
ệ thố ồ ấ ả các đèn LED kế ối cùng được
c p m t ngu n s nh n và truy n cùng m t tín hi u t m g
ấ ộ ồ ẽ ậ ề ộ ệ ừ trạ ốc PLC, sau đó được
khu i (kèm l và truy n b i mô- ng xu
ếch đạ ọc) ề ở đun VLC cho đườ ống. Điều này cũng
gi ng v i nguyên lý khu i và chuy n ti p trong h
ố ớ ếch đạ ể ế ệ thống chuy n ti p. T t c các
ể ế ấ ả
đèn LED trong khu vực này s truy n tín hi
ẽ ề ệu tương tự để ạ
t o thành m ng t n s
ạ ầ ố đơn
(Single Frequency Network) b ng cách truy u này làm
ằ ền thông qua đèn LED. Điề
gi ph c t p c a mô- èn LED, gi m thi u hi u ng che khu
ảm độ ứ ạ ủ đun VLC trong đ ả ể ệ ứ ất

36
và khả năng tự can thi p t
ệ ừ các đèn LED lân cậ ề
n truy n tín hi u
ệ khác nhau, đồng thời
tránh được handover thường xuyên khi ngườ ể
i dùng di chuy n [21].
 Kết hợp với truyền thông qua Ether –
net (Power over Ethernet PoE) :
Việc cấp nguồn và truyền thông được thực hiện bằng cách sử dụng một cáp nối
Ethernet.
Hình 2.8. Mô hình PoE trong công ngh VLC [23]
ệ
Điệ ấp đượ ề ện có để ậ ộ đèn,
n áp th c truy n qua cáp Ethernet hi v n hành các b
trong đó dữ ệu đượ
li c g i và thu th
ử ập qua đó. ợ
Đư c hỗ trợ b i PoE, m i thi t b
ở ỗ ế ị chiếu
sáng LED có th là thi t b c m và ch y chu n k t n i RJ-45 ng v a ch IP riêng
ể ế ị ắ ạ ẩ ế ố ứ ới đị ỉ
c a nó. M i hub LED n
ủ ỗ ếu đượ ả ế
c thêm các c m bi n thông minh có th thu th p thông
ể ậ
tin v ng xung quanh bao g m nhi m và các d u khác...Ví d
ề môi trườ ồ ệt độ, độ ẩ ữ liệ ụ :
c m bi n chi ng có th o r ng ánh sáng b
ả ế ếm dụ ể đảm bả ằ ật khi có ai đó vào phòng và tắt
khi căn phòng không có ngườ ả ế ẽ điề ỉ
i, c m bi n ánh sáng s u ch nh ánh sáng ban ngày
và duy trì ánh sáng liên t c ngay c khi ánh sáng m t tr i v ng m t. V i PoE, h
ụ ả ặ ờ ắ ặ ớ ệ
thố ếu sáng LED đã trở ộ ầ ủ ạ ạ ế ậ ủ
ng chi thành m t ph n c a m ng IT, ph m vi ti p c n c a nó
vượt ra ngoài ph m vi m
ạ ột căn phòng và có thể được ti p c n b i b t k
ế ậ ở ấ ỳ thiế ị
t b thông
minh nào khác như điệ ạ ảng, PC…
n tho i, máy tính b [23].

37
Hình 2.9. Mô hình chi a Philips [24]
ế ủ
u sáng PoE trong văn phòng c
2.2.2 B thu
ộ
Hình 2.10 li
. Sơ đồ ố ộ ữ
kh i b thu d ệu
2.2.2.1 B t p trung quang
ộ ậ
Trong môi trườ ề ấ ề ồ ốn đế ớ
ng truy n, có r t nhi u ngu n sáng không mong mu n v i
b thu d u mà b thu không th x c h t t t c các ngu n sáng khác. M t
ộ ữ liệ ộ ể ử lý đượ ế ấ ả ồ ộ
b t p trung quang s giúp cho b thu d u nh c tín hi u quang c n thi
ộ ậ ẽ ộ ữ liệ ận đượ ệ ầ ết để
x n nh n d u.
ử lý quá trình truyề – ậ ữ liệ

38
Hình 2.11. Bộ ậ ự
t p trung quang trong th c tế
B t p trung quang s có nhi m v t p trung ánh sáng vào m t vùng nh
ộ ậ ẽ ệ ụ ậ thu ộ ỏ
hơn để b thu có th d dàng l c tín hi u, ngoài ra b t p trung quang còn có tác d
ộ ể ễ ọ ệ ộ ậ ụng
h n ch các tia sáng không mang thông tin.
ạ ế
Nguyên lý ho ng c u kính h :
ạ ộ
t đ ủa thấ ội tụ
Hình 2.12 i t
. Nguyên lý c a th u kính h
ủ ấ ộ ụ
Thấ ộ ụ ầ ỏng hơn hơn phầ ữ
u kính h i t có ph n rìa m n gi a. Chùm tia sáng song
song khi đi qua ấ ẽ đượ ộ ụ ạ ất đị ạ ủ
th u kính s c h i t t i 1 tâm nh nh tùy theo hình d ng c a
thấ ấ ạ
u kính. C u t o:
 Quang tâm O, tiêu điểm F, F’.
 Tiêu cự f = OF =OF’.
Tính chất:
 Tia tới song song với trục chính cho tia ló tiếp tục truyền thẳng.
 Tia tới qua quang tâm O cho tia ló tiếp túc truyền thẳng.
 Tia tới qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục chính.

39
Công thứ xác đị ị ủ
c (2.1) nh v trí c a ả ớ ậ
nh so v i v t :
1 1 1
1 2
f d d
 
(2.1)
 d1 : khoảng cách từ vật đến thấu kính (m).
 d2 : khoảng cách từ ảnh đến thấu kính (m).
 f : tiêu cự thấu kính (m).
2.2.2.2 Photo t
điố
Điố điố ộ ạ điố ẫ ự ệ ển đổ
t quang hay Photo t là m t lo i t bán d n th c hi n chuy i
photon thành điệ ệ ứ ệ
n tích theo hi u ng quang đi n.
Các photon có th vùng ph ánh sáng nhìn th y, h ng ngo i, t ngo i, tia
ể là ở ổ ấ ồ ạ ử ạ
X, tia gamma. Khi photon xâm nh p l p ho ng c a photo t p giáp p-
ậ ớ ạt độ ủ điố là tiế
n ho c c u trúc PIN, s t n tích làm phát sinh dòng Tùy theo cách th
ặ ấ ẽ ạo ra điệ điện. ức
chế ạo, mà dòng điệ ỏ photo điố ả ế
t n này nh và t dùng làm c m bi n photon, hay dòng
điện đủ ớn để ồn điện như trong ặ ờ
l làm ngu pin m t tr i.
C m bi n photo t có ng d ng r ng rãi trong k t n t , c bi t là
ả ế điố ứ ụ ộ ỹ thuậ điệ ử đặ ệ
các thiết bị đo đạ ề ẫn thông tin, điề ển,…
c, giám sát, truy n d u khi
Nguyên lý ho ng c a t :
ạt độ ủ photo điố
Photo điố ấ ớ ạt độ ế ạ ới hơn là cấ
t có c u trúc l p ho ng là ti p giáp p-n, lo i m u trúc
PIN. Khi photon có năng lượng đủ ớ để ậ ớ ạ ộ
l n xâm nh p l p ho t đ ng này s b h p thu,
ẽ ị ấ
và theo hi u n t o ra c n t - l ng. N u h p th x y ra trong
ệ ứng quang điệ ạ ặp điệ ử ỗ trố ế ấ ụ ả
vùng nghèo c a ti p giáp ho c vùng khu
ủ ế ặ ếch đại, điện trường c a vùng nghèo làm các
ủ
h n d ch chuy n, l ng v an t n t v t t, làm phát sinh dòng
ạ ệ
t mang đi ị ể ỗ trố ề ố còn điệ ử ề ca ố
điện.
Ở photo điố ồ ạ ọ ố ế
t t n t i dòng g i là dòng t i, là dòng khi không có photon chi u
vào. Dòng điệ photo điố ổ ủ quang điệ ò. Để tăng độ
n qua t là t ng c a dòng n và dòng r
nh y c m bi n thì công ngh t o ph n ch c dòng rò.
ạ ả ế ệ chế ạ ải hạ ế đượ
Trong điề ện lý tưở ỗ ế ẽ ộ ặ ỗ ố –
u ki ng, m i photon chi u vào s sinh ra m t c p l tr ng
điệ ử ị ủa dòng điệ ỉ ệ ớ ấ ếu vào. Nhưng
n t . Và giá tr trung bình c n ra t l v i công su t chi
th t
ực tế ộ ần ánh sáng đã bị ả ạ ạ ề ặ
là m t ph ph n x t i b m [25].

40
Hình 2.13. Nguyên lý ho ng c a t ]
ạ ộ
t đ ủ Photo điố [25
Các đặt trưng hoạ ộ
t đ ng :
 Hiệu suất (Efficiency) là tỷ số công suất dòng quang điện tạo ra quang thông,
:
biểu diễn A/W.
 Đáp ứng phổ : phản ánh ở hiệu suất lượng tử (Quantum
(Spectral responsivity)
Efficiency) của điốt cho từng bước sóng photon, và nó không đồng đều.
photo
Chất lượng và công nghệ cho ra các vùng phổ làm việc của photo điốt khác
nhau.
 Dòng tối (Dark current) : là dòng rò của điốt nói chung, đối với photo điốt, dòng
tối là dòng điện khi không có ánh sáng chiếu vào.
 Đáp ứng thời gian (Reponse time) : phản ánh mức độ dòng quang điện bắt kịp
thay đổi quang thông và có thể xác định theo quy tắc Ramo.
Các chế độ ạt độ
ho ng :
 Chế độ quang điện (Photovoltaic mode) làm việc không đặt thiên áp (bias), dòng
quang điện được ánh sáng tạo ra và có thể dùng làm nguồn cấp điện. Các pin
mặt trời hoạt động ở chế độ này [26].

41
 Chế độ quang dẫn (Photoconductive mode) làm việc có đặt thiên áp ngược.
Thiên áp ngược làm mở rộng vùng nghèo, tăng dòng rò, tăng nhiễu và giảm điện
dung tiếp giáp, nhưng không tác động đến dòng quang diện. Đối với vùng phổ
ánh sáng nhìn thấy, dòng quang điện tỷ lệ tuyến tính với độ rọi, và có đặc trưng
đáp ứng nhanh hơn chế độ quang điện [26].
 Chế độ tuyết lở (Avalanche) làm việc với thiên áp ngược đủ lớn, dẫn đến khi
photon tạo cặp điện tử - lỗ trống thì sự tăng tốc do điện trường đủ mạnh sẽ kích
thích việc tạo cặp khác theo dạng sạt lở tuyết. Nó làm tăng độ khuếch đại và đặc
trưng đáp ứng với sự kiện [26].
 Transistor quang là transistor đóng vỏ có cửa trong suốt để photon xâm nhập.
Về công nghệ chế tạo được áp dụng các biện pháp hạn chế dòng rò và nhiễu.
Hình 2.14. t B ]
Photo điố PW21R [27
2.2.2.3 B chuy i quang n
ộ ể ổ
n đ điệ
B chuy n hay còn g
ộ ển đổi quang điệ ọi là converter quang (Fiber Optic Media
Converter) là m t thi t b chuy i tín hi n, b n ch t c a converter
ộ ế ị ển đổ ệu quang điệ ả ấ ủ
chính là ti p nh n tín hi u vào và chuy i ra m t lo i tín hi u khác, c
ế ậ ệu đầ ển đổ ộ ạ ệ ụ thể là
chuy n i t u quang sang tín hi [28].
ể đổ ừ tín hiệ ệu điện và ngược lại

42
Hình 2.15. Bộ ể ổi quang điệ
chuy n đ n
2.2.3 Môi trườ ề
ng truy n
Môi trường truy n c a công ngh
ề ủ ệ VLC là môi trườ ề
ng truy n không gian t do
ự
(không có v t c n) ng truy n c n có
ậ ả trên đườ ề ủa ánh sáng đèn LED. Vì khi kênh truyề
v t c n thì quá trình truy n d
ậ ả ề ữ liệu s b
ẽ ị gián đoạn do sóng ánh sáng không th xuyên
ể
qua v m l n nh t c VLC.
ật cản. Đây cũng là nhượ ể
c đi ớ ấ ủa công nghệ
Trong môi trườ ệ ị ả ạ ởi tườ ầ
ng phòng, tín hi u ánh sáng b ph n x b ng, tr n nhà và
b m t c a các v t th khác. Hi n t i, có m
ề ặ ủ ậ ể ệ ạ ột vài cách để ấ ế ố
c u hình k t n i VLC trong
phòng. Có ba phương pháp thường dùng để ấ ế ối VLC như sau
c u hình k t n [29] :
 Mô hình kết nối trực tiếp (D –
irected LOS Directed Light Of S )
ight
 Mô hình kết nối gián tiếp (Nondirected LOS - Nondirected Light Of
Sight)
 Mô hình kết nối khuếch tán (Diffuse LOS Diffuse Light Of Sight)
–
2.2.3.1 Mô hình k p (Directed LOS)
ết nối trực tiế
Ở ấ ế ố ự ế ột đườ ế ố điể – điể đượ ế ậ
c u hình k t n i tr c ti p, m ng k t n i m m c thi t l p
trự ế ữa máy phát và máy thu, đượ ỉ
c ti p gi c ch ra như ở hình 2.16. hình này không
Mô
chị ảnh hưở ở ễ ệu đa đườ ảnh hưở ủ ả ạ ể
u ng b i nhi u tín hi ng do ng c a ph n x , và có th
gi ng l n nhi u do các ngu n sáng lân c
ảm một lượ ớ ễ ồ ận gây ra. Hơn nữa, công su phát
ất
cũng không cần cao, nhưng có thể ấ ốc độ ữ ệ ấ ớ ộ
cung c p t d li u cao nh t v i cùng m t

43
công su t phát, cùng m t máy phát và máy thu so v
ấ ộ ới các phương pháp khác. Tuy
nhiên, nhượ ể ủ
c đi m c a mô hình này là : mật độ ủ ủ ệ
ph c a tín hi u quang là r t nh , b
ấ ỏ ắt
bu i l t ng tr p vào máy phát.
ộc phả ắp đặ máy thu hướ ực tiế
Hình 2.16 i tr
. k
Mô hình ết nố ực tiếp ]
[29
2.2.3.2 Mô hình k Nondirected LOS)
ết nối gián tiếp (
Hình 2.17. Mô hình k i gián ti p [29]
ết nố ế

44
Mô hình k t n i gián ti p bao g m m t máy phát chùm r ng, máy thu quang
ế ố ế ồ ộ ộ
có góc nhìn (FOV Field Of View) r ng, và không yêu c u máy phát ph ng
– ộ ầ ải hướ
trự ế ấ ể ể ấ ệ ủ
c ti p vào máy thu. C u hình ki u này có th cung c p tín hi u trong vùng ph
sóng r ng. Chúng có th kh c ph c v
ộ ể ắ ụ ấn đề chặn tín hi u b ng cách nh n tín hi u ph
ệ ằ ậ ệ ản
x t b m t v t th c coi là có c u hình linh ho t nh t.
ạ ừ ề ặ ậ ể trong phòng. Do đó, nó đượ ấ ạ ấ
Tuy nhiên, mô hình k t n i gián ti p b ng b i nhi
ế ố ế ị ảnh hưở ở ễu đa đường, do đó đòi hỏi
công su t truy u còn ch u s ng b i nhi u giao
ấ ền cao hơn. Ngoài ra, tín hiệ ị ự ảnh hưở ở ễ
thoa ISI [29].
2.2.3.3 Mô hình k ch tán ( )
ết nối khuế Diffuse
Hình 2.18. Mô hình k i khu ch tán ]
ết nố ế [29
Trong mô hình k t n i khu ng tr c ti p lên tr n nhà và
ế ố ếch tán, máy phát hướ ự ế ầ
khuếch tán ánh sáng ra môi trường xung quanh. Tương tự như mô hình kết n i không
ố
trực ti c ti
ế ầ ế ự
p, mô hình này không yêu c u liên k t tr ế ữ
p gi a máy phát và máy thu, và
tín hi u phát có th bao ph m t vùng r ng. Tuy nhiên, tín hi u nh ng b
ệ ể ủ ộ ộ ệ ận được thườ ị
ảnh hưở ởi suy hao đa đườ ễ ừ ồ ậ
ng b ng và nhi u t các ngu n sáng lân c n.

45
2.3 Phương pháp điề ế ờ g độ ự ế
u ch cư n và tách sóng tr c ti p IM/DD (Intensity
Modulation/ Direct Detector)
Hình 2.19. Mô hình kênh truy n VLC IM/DD
ề
Công ngh VLC s d u ch và tách sóng tr
ệ ử ụng phương pháp điề ế cường độ ực
tiếp IM/DD. Thông tin được mã hóa tr c ti p b ng vi
ự ế ằ ệc thay đổi cườ độ
ng quang của
đèn LED [29].
Nguyên lý c a h ng VLC s d c ch ra trong hình 2.12. T i phía
ủ ệ thố ử ụng ID/MM đượ ỉ ạ
thu, tín hi u ch u ch nh tr c ti p dòng c
ệu điề ế m(t) điề ỉ ự ế ủa đèn LED, do đó thay đổi
công su t quang t c th i phát ra t i phía thu, tín hi u u ra c
ấ ứ ờ ừ đèn LED. Tạ ệ đầ ủa
photodetector là dòng photo. Dòng photo này t l thu n v i công su t quang t c th
ỷ ệ ậ ớ ấ ứ ời
trên photodetector, được tính theo công thức (2.2 [29] :
)
( ) ( ) ( ) ( )
y t Rx t h t n t
   )
(2.2
Trong đó :
 R là độ ạ ủ
nh y c a detector.
 


là dòng photo thu được.
 


 t quang t
là công suấ ức thời.
 


 ng xung c a kênh.
là đáp ứ ủ
  t p âm Gaussian.
là ạ
  p.
là phép tích chậ
Công suất phát trung bình 
 c tính theo công th ) [29] :
đượ ức (2.3
1
lim ( )
2
T
t
T
T
P X t dt
T


  (2.3)



đạ ệ ệ ền đi [29
i di n cho xung tín hi u quang truy ]

46
Công suấ ủ
t thu trung bình c a tín hi c (
ệu đượ ứ
c tính theo công th 2.4) [29] :
0
1
( ) ( )
T
rSignal
P X t h t dt
T
 
 )
(2.4
H i nhi u lo i s i quang, có th
ệ thống IM/DD có ưu điểm là tương thích vớ ề ạ ợ ể
truy n các lo i tín hi , nguyên t c ho n và h n ch nhi
ề ạ ệu tương tự/số ắ ạ ộng đơn giả
t đ ạ ế ễu
gi s d ng m
ữa các kênh quang do chỉ ử ụ ộ ớ
t bư c sóng quang.
2.4 u ch u ch nh sáng trong h
Các phương pháp điề ế và điề ỉ độ ệ thống VLC
Như chúng ta đã biế ề ằ ựa trên cường độ ủ
t, truy n thông b ng ánh sáng d c a ánh
sáng. Để tránh gây ảnh hưởng không t t t i m
ố ớ ắt người, sự thay đổi cường độ ánh sáng
ph i n m trong kho
ả ằ ảng thay đổ ối đa cho phép –
i t MFTP (Maximum Flickering Time
Period .
– MFTP)
MFTP được định nghĩa là thờ ối đa mà cường độ ể
i gian t ánh sáng có th thay
đổ ắt ngườ ể ả ận đượ ầ ố đổ ớn hơn 200Hz
i mà m i không th c m nh c. T n s này thay i l
(MFTP < 5ms) đượ ớ ắt ngườ ậy phương pháp điề
c coi là an toàn v i m i. Chính vì v u
chế ử ụ ệ ả
ánh sáng s d ng trong công ngh VLC ph i thỏa mãn đượ ị
c giá tr MFTP.
2.4.1 u ch -Off Keying (OOK)
Phương pháp điề ế khóa đóng mở On
Đây là phương pháp điề ế ấ ổ ế ệ ố ề ẫ
u ch r t ph bi n trong h th ng truy n d n không
dây. Phương pháp này còn có thể đượ ọ
c g i là mã hóa Non-Return- -
to Zero (NRZ).
Điề ế đóng mở là phương pháp điề ế
u ch khóa u ch 2 mức tương ứ ớ ứ
ng b i 2 m c
công su t 2P ho c th hi n s có hay không sóng mang truy
ấ ặc 0, đượ ể ệ ở ự ền đi, tương
ứ ớ ữ ệu đầu vào là “1” hoặc “0”. Bit “0” đượ ể ễ ằ
ng v i bit d li c bi u di n b ng sóng mang
“off” (biên độ ả ầ ề ằng 0), bit “1” đượ ể ễ ằ
sóng mang gi m g n v b c bi n di n b ng sóng
mang “on”.
Trong điề ế VOOK, bit 1 được xác đị ằ ề ộ
u ch nh b ng cách truy n m t xung hình
chữ ậ ả ờ ỉ định không có xung nào đượ ề
nh t trong kho ng th i gian T và bit 0 ch c truy n
đi ệ ứ ấ đạt đượ ằ ử ụ ụ ụ đượ
. Hi u ng nh p nháy c b ng cách s d ng bit ph [30]. Các bit ph c
s d
ử ụng để ấp đầ
l y các ph n không ch a d
ầ ứ ữ liệu. Độ sáng được điề ể
u khi n b ng cách
ằ
t i chu k xung d
hay đổ ỳ ữ liệu δddc [31] :
dd
d
c
T

  )
(2.5

47
Trong đó :
 T thể hiện khoảng thời gian của xung.
  .
biểu thị thời gian khi xung dữ liệu bật
Tín hi u truy u ch c bi u th
ệ ền đi chứa thông tin bit “1” với điề ế VOOK đượ ể ị
b ng công [31] :
ằ thức
( ) 2
VOOK d
t
x t P rec
T
 
  
 
)
(2.6
Tín hi u truy u ch c bi u th
ệ ền đi chứa thông tin bit “0” với điề ế VOOK đượ ể ị
b ng công th [31] :
ằ ức
( ) 0
VOOK
x t  (2.7)




thể ện cường độ ủa đèn LED chứ ải biên độ
hi sáng c không ph nên




s là m t giá tr không âm.
ẽ ộ ị
Độ ờ ủa đèn LED trong VOOK đượ ể ễ ằ ứ
m c c bi u di n b ng công th c [31] :
dd
dd
1
(0 0.5)
2
1
1 (0.5 1)
2
VOOK c
VOOK c
  
  

  



    


)
(2.8
u ch OOK [32]
Nhược điểm của phương pháp này là hiện tượng nh p nháy do s b t t
ấ ự ậ ắt tương
ứ ớ ạ ự thay đổ ật độ ấ ở ị ạ
ng v i các bit 0 và 1 t o ra s i m công su t các v trí khác nhau t i
m t ph ng thu gây ra b i giao thoa trong các chùm quang. kh c ph c v này,
ặ ẳ ở Để ắ ụ ấn đề
tín hi u truy
ệ ền đi sẽ được mã hóa theo mã Manchester trước khi được đưa vào điều

48
chế. Phương pháp này sẽ o đó sẽ tránh đượ
mã hóa bit 0 thành 01, bit 1 thành 10, d c
hi ng t t b p nháy.
ện tượ ắ ật nhấ
Hình 2.21. Mã hóa Manchester trên lu ng bit nh phân [ ]
ồ ị 33
2.4.2 u ch v trí xung bi i (Variable Pulse Position
Phương pháp điề ế ị ến đổ
Modulation VPPM)
–
Phương pháp này ự ế ợ ủa hai phương pháp điề ế : điề ế ị
là s k t h p c u ch u ch v trí
xung (2 Pulse Position Modulation u ch r ng xung (Pulse Width
– 2PPM) và điề ế độ ộ
Modulation – Bit “1” và bit “0” trong VPPM đượ ệ ằ ị ủ
PWM). c phân bi t b ng v trí c a
xung, trong khi t s nh b r ng c a xung [34].
ỷ ố nhấp nháy được xác đị ằng độ ộ ủ
Trong phương pháp điề ế ỗ ỳ ệ ẽ đượ
u ch PPM, m i chu k ký hi u s c chia thành M
chu k con. Thông tin s
ỳ ẽ được g i b ng cách truy n m
ử ằ ề ột cường độ quang khác không
trong m t chu k con, trong khi các chu k con còn l i v n gi nguyên. M i chu k
ộ ỳ ỳ ạ ẫ ữ ỗ ỳ
con s c giao v
ẽ ặ ề ời gian, do đó mỗ ệ ự
không trùng l p v th i ký hi u là tr ới nhau.
Trong VPPM s d ng PPM v i M = 2 v i m ng nh
ử ụ ớ ớ ục đích tránh hiện tượ ấp
nháy và PWM để điề ỉnh độ ể ấp độ ối đa. Từ ến đổ
u ch sáng và có th cung c sáng t bi i
(Variable) trong VPPM có nghĩa là sự thay đổ ờ
i th i gian mức cao (độ ộ
r ng xung) tùy

49
theo mức độ sáng c n thi
ầ ết. Bit 1 và 0 trong VPPM được th hi n b ng v trí xung và
ể ệ ằ ị
có độ ộ ống nhau. Do trong VPPM, độ ữ
r ng xung gi sáng trung bình gi a bit 1 và 0 là
không đổi nên tránh đượ ện tượ ấ
c hi ng nh p nháy.
VPPM đượ ề ằng cách thay đổ ị ủ ả ờ
c truy n b i v trí c a xung trong kho ng th i gian
truy r d ki a máy phát [32].
ền đi và độ ộng xung được sử ụng để ểm soát độ sáng củ
Hình 2.22. Nguyên lý ho ng c u ch i xung
ạ ộ
t đ ủa phương pháp điề ế biến đổ
VPPM [35]
Trong điề ế VPPM đượ ề ằng cách thay đổ ị ủ
u ch thông tin, c truy n b i v trí c a
xung trong kho ng th i gian truy
ả ờ ền đi và độ rộng xung được s d ki
ử ụng để ểm soát độ
sáng của máy phát [33].
Tín hiệu bit “1” truyền đi trong VPPM được biể ễn như sau
u di [33] :
(1 )
( )
VPPM VPPM
t
x t P rect
T


  
 

(2.9)
Tín hiệu bit “0” truyền đi trong VPPM được biể ễn như sau
u di [33] :
( )
VPPM VPPM
t
x t P rect
T

 
  
 
(2.10)
Trong khi đó, PVPPM là m t giá tr t c th sáng t
ộ ị ứ ời, ở độ ối đa (γ = 1), không có
thông tin nào được truyền đi. Khi chu kỳ xung là 50 % (δ = 0,5), VPPM trở nên gi ng
ố
2-PPM, chu k xung d u trong VPPM gi ng v i chu k
ỳ ữ liệ ố ớ ỳ xung (δddc = δ)
Độ ờ ạ ủa đèn LED trong VPPM đượ ể ễ ở ứ
m phát x c c bi u di n b i công th c [33]:
VPPM
 
 (2.11)

50
Hình 2.23. u ch xung ánh sáng [35]
Điề ế
2.4.3 u ch khóa d ch màu (Color-Shift Keying)
Phương pháp điề ế ị
Như ta đã biế ắ ừ ể ạ
chúng t, ánh sáng tr ng phát ra t LED có th t o ra theo hai
cách, cách th nh d ph t-pho. Tuy nhiên, l p ph t-
ứ ất sử ụng LED đơn chip xanh phủ ố ớ ố
pho này s làm ch ng c a LED. kh c ph chúng s d ng
ẽ ậm quá trình đáp ứ ủ Để ắ ục, ta ử ụ
LED RGB và dùng u ch khóa d ch màu CSK. V
phương pháp điề ế ị ới phương pháp
này, c mã hóa v i màu s c sóng). Ví d i v u ch
các đoạn bit đượ ớ ắc (bướ ụ như đố ới điề ế
4-CSK (hai bit cho m t ký hi u), m t trong b c sóng thích h p (màu s c) s
ộ ệ ộ ốn bướ ợ ắ ẽ
đượ ử ụ ộ ặ Phương ử ụ
c s d ng cho m t c p bit. pháp này s d ng không gian màu CIE 1931
do y b n qu c t v u sáng công b ánh x d u vào thành c p giá tr
Ủ ạ ố ế ề chiế ố để ạ ữ liệu đầ ặ ị
t màu (x
ọ ộ
a đ p, yp) [36].
Giá tr t ng X, Y và Z
ị ọa độ xy được xác định trong CIE 1931 thông qua ba đại lượ .
Các giá tr X, Y, Z c b t ngu n t các thông s c a ba lo i t bào hình nón trong
ị đượ ắ ồ ừ ố ủ ạ ế
m t i (có ch m nh n màu s c trong ba kho
ắ ngườ ức năng cả ậ ắ ảng bước sóng : ng n, trung
ắ
bình và dài) mô t ba tính ch a màu s c :
ả ất củ ắ
 S (Sáng hay t
ắ ộ
c đ ối).
 Tông màu.
 Độ bão hòa màu.

51
Với 


là phân b ph c các giá tr c m bi n màu X, Y, Z theo
ố ổ màu, ta tính đượ ị ả ế
(2.12) :
780 _
380
780 _
380
780 _
380
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
X k P x d
Y k P x d
Z k P x d
  
  
  

 
















)
(2.12
Giá trị ủ ệ ố ỷ ệ, thườ ằ ặ
c a k là h s t l ng b ng 1 ho c 100.
m i có ba lo i c m bi n màu ph n ng v i các d i c sóng khác
Vì ắt ngườ ạ ả ế ả ứ ớ ả bướ
nhau, m t hình c a t t c các màu có th nhìn y là m t hình ba
ộ ảnh đầy đủ ủ ấ ả ể thấ ộ
chiề ệ
u. Tuy nhiên, khái ni m về ắ ể đượ
màu s c có th c chia thành hai ph sáng và
ần : độ
độ chói . Ví d màu tr
màu ụ ắng là màu sáng, trong khi màu xám được coi là phiên bản
ít sáng hơn củ ắng đó. ắ
a cùng màu tr Nói cách khác, màu s c củ ắ
a màu tr ng và xám là
gi a chúng khác nhau.
ống nhau trong khi độ sáng củ
Không gian màu XYZ CIE đượ ế ế ố ố là thướ
c thi t k c ý sao cho tham s Y c
đo độ ủ ắ ủ ột màu sau đó đượ ị ở ố ắ
c
sáng a màu. Màu s c c a m c xác đ nh b i hai tham s b t
ngu n x và y, hai trong ba giá tr chu n hóa là các hàm c a c ba giá tr
ồ ị ẩ ủ ả ị
tristimulus X , Y và Z :
Không gian màu bắ ồn đượ
t ngu c ch c g
ỉ đị ở đượ
nh b i x , y và Y ọi là không gian màu
CIE xyY và đượ ử ụ ộng rãi để xác đị ự ế
c s d ng r nh màu trong th c t .
Ta có các giá trị x, y được tính như sau :
1
X
x
X Y Z
Y
y
X Y z
z x y


  




 

  



(2.13)
Hai giá tr x, y mô t bão hòa c p v c
ị ả tông màu, độ ủa màu và độc lậ ới sắc độ ủa
màu. u ch CSK, chu t n thành
Trong phương pháp điề ế ẩn IEEE 802.15.7 đã chia phổ ầ

52
7 d i màu (v i b h cho vi c l a ch n LED nhi u màu
ả ớ ước sóng trung tâm) để ỗ trợ ệ ự ọ ề
dùng truy n d n.
trong ề ẫ
Ba đỉnh của tam giác chòm sao CSK đượ ết đị
c quy nh b i trung tâm
ở bước sóng
c i màu trên t màu x, y.
ủa ba dả ọa độ
Hình 2.24 i m
. Không gian màu CIE v i hai tr c xy và 7 d
ớ ụ ả àu
(000 đến 110)
D i (nm)
ả Mã Bước sóng trung tâm (nm) x y
380-450 000 415 0.172086631 0.004832524
450-510 001 480 0.091293507 0.132702042
510-560 010 535 0.192876098 0.781629216
560-600 011 580 0.512486367 0.512486367
600-650 100 625 0.700606061 0.299300699
650-710 101 680 0.733416967 0.266583033
710-780 110 745 0.734689468 0.265310532
B ng 2.1. Các d i màu trong không gian màu CIE 1931 v i t màu
ả ả ớ ọa độ
(x, y) ]
[37

53
Các bit dữ liệu được ánh x t i các giá tr màu (x, y). Tùy thu c vào
ạ ớ ị ộ sơ đồ điều
chế đượ ử ụ ố ặc mườ ệ ạ
c s d ng (4CSK, 8CSK, 16CSK), b n, tám ho i sáu ký hi u ánh x
t m bên trong tam giác chòm sao. M c gán i bit (ví d
ới các điể ỗi biểu tượng đượ chuỗ ụ
trong 4CSK : 00, 01, 10 và 11). Các ký hi trong tam
ệu đề đượ
u c phân bố ố
gi ng nhau
giác sao cho ánh sáng k p phát ra khi truy n các ký t bi
ết hợ ề ự khác nhau được nhận ết
b i m i có màu tr ng. Trong b phát, m t b t c s d t o
ở ắt ngườ ắ ộ ộ ộ ạo hình đượ ử ụng để ạ
luồ ữ ệ ả ẫ và ngăn chặn các thay đổ ắ ụ ộ ẫ
ng d li u gi ng u nhiên i màu s c ph thu c vào m u
d u [38].
ữ liệ
Cường độ ủ
c a đèn LED RGB điều khi n b i m ch truy
ể ở ạ ền D / A được xác định
như sau : cường độ ủa ba đèn LED (P
riêng c i, Pj và Pk) cho m ký t
ỗi ự được tính toán
b ng cách gi [32] :
ằ ải các phương trình sau
. . .
p R R G G B B
x P x P x P x
   (2.14)
. . .
p R R G G B B
x P x P x P x
   (2.15)
1
R G B
P P P
   (2.16)
trong đó xP và yP là các giá tr màu c a ký hi u và (x
ị ủ ệ R, yR), (xG, yG), (xB, yB) là hằng
s nh b i các giá tr s c c sóng trung tâm c
ố được xác đị ở ị ắc độ ủa bướ ủa đèn LED được
s d ng.
ử ụ
Hình 2.25. Mô hình h n [38]
ệ thống CSK cơ bả

54
Không gian tín hi c t o thành t ba d i màu khác nhau và có d
ệu CSK đượ ạ ừ ả ạng
hình tam giác v c sóng trung tâm c a ba d c ch n. B
ới các đỉnh là bướ ủ ải màu đượ ọ ảng
2.2 chỉ ra các d ng k t h p c a ba d i màu, nh
ạ ế ợ ủ ả ững trường h p không h p l
ợ ợ ệ như (110-
101-100) ho 0-011-010) s b [39].
ặc (10 ẽ ị loại bỏ
STT Các kế ợ ải màu hợ ệ
t h p d p l
Dải i Dải j Dải k
1 110 011 001
2 110 011 000
3 110 010 001
4 110 010 000
5 101 011 001
6 101 011 000
7 101 010 001
8 101 010 000
9 100 011 001
10 100 011 000
11 100 010 001
12 100 010 000
13 011 010 001
14 011 010 000
B p d i màu h u ch CSK [39
ảng 2.2. Các kết hợ ả ợp lệ trong điề ế ]
Sau khi ch n l c ba d i màu thích h p, ta s c t c
ọ ựa đượ ả ợ ẽ xác định đượ ọa độ ủa
các đỉ ệ
nh hình tam giác trong không gian ký hi u.
2.4.3 u ch CSK (2 bit/ 1 ký hi
.1 Điề ế 4 – ệu)
Không gian ký hi u 4-CSK g
ệ ồm 4 điểm ký hi u l t là P0, P1, P2, P3, v
ệ ần lượ ới
P0 là tr ng tâm c m còn l nh tam giác và có
ọ ủa hình tam giác IJK và ba điể ại là ba đỉ
t ng v c n. D
ọ ộ
a đ tương ứ ới tọ ộ
a đ ủa ba dải màu (i, j, k) được lựa chọ ữ liệu được ánh
x theo quy t 24 [39].
ạ ắc như hình 2.

55
Hình 2.26. Không gian ký hi -CSK ]
ệu 4 [39
Hình 2.27 li i v i 4
. Ánh x d
ạ ữ ệ ố
u đ ớ – CSK [39]

56
2.4.3 u ch CSK (3 bit/ 1 ký hi
.2 Điề ế 8 – ệu)
Hình 2.28. Không gian tín hi -CSK
ệu 8 [39]
Hình li i 8
2.29. Ánh x d
ạ ữ ệ ố ớ
u đ i v -CSK [39]

57
Tương tự ệ ủ ồm 8 điể ệ ừ
4-CSK, không gian ký hi u c a 8-CSK g m ký hi u t P0
đế ớ
n P7 v i :
 Ba đỉ ần lượ
nh tam giác IJK là l t là P7, P0, P4.
 b, c l m c a JK và IJ.
ần lượt là trung điể ủ
 P1 và P2 chia JK và IJ theo t l 1/3.
ỉ ệ
 P6 là trung điể à P3 tương tự ỉ ệ
m IK, P5 v chia cd và ab theo t l 1/3.
Quy t c ánh x d
ắ ạ ữ liệu như hình 2.26.
2.4.3 u ch 16
.3 Điề ế – CSK (4 bit/ 1 ký hiệu)
Không gian ký hiệu đố ớ
i v i 16-CSK (4bit/ 1 ký hi u)
ệ :
Hình 2.30. Không gian ký hi -CSK [39]
ệu 16
Quy t c ánh x d 2.31 :
ắ ạ ữ liệu như hình
Hình li i v i 16
2.31. Ánh x d
ạ ữ ệ ố
u đ ớ -CSK [39]

58
2.5 u trong truy n thông s d
Các loại nhiễ ề ử ụng đèn LED
Trong các h ng VLC, ngu n nhi u chính bao g m ánh sáng m t tr
ệ thố ồ ễ ồ ặ ời, đèn
sợi đốt, đèn huỳnh quang. Tuy nhiên, ngay ở b n thân b thu trong quá trình v n hành
ả ộ ậ
cũng tạ ễ Ở đầ photo điố ị ảnh hưở ủ ạ ễ
o ra nhi u. u thu, t ch u ng c a hai lo i nhi u chính :
nhi u nhi t và nhi u n .
ễ ệ ễ ổ
2.5.1 t
Nhiễu nhiệ
Là dòng điện không mong muốn gây ra dưới tác động của chuyển động nhiệt
của các hạt mang điện. Nguồn gây ra nhiễu nhiệt trong hệ thống truyền thông dữ liệu
của đèn LED chính là do các yếu tố trong bộ tiền khuếch đại ở phía thu gây ra. Nhiễu
nhiệt được tạo ra độc lập với tín hiệu thu và được tính theo công thức s
toán au [30] :
2
2
2 2
shot rSignal bg
qRP B qI I B
   )
(2.17
Với :  (W) là công suất quang phía thu.
n : 1,6 x 10
q là đơn vị điện tích cơ bả -19
.
Culong
R là độ ạ ổ
nh y ph (nA/lux).
B là (Mb/s).
băng thông
Ibg n vùng n n (nA).
là dòng điệ ề
I2 .
là nhiễu băng thông
2.5.2 n
Nhiễu ổ
Là lo i nhi u chính trong h
ạ ễ ệ thống VLC, ngu n gây ra nhi u n g m có ngu
ồ ễ ổ ồ ồn
nhi u t nhiên (m t tr i) và nhân t
ễ ự ặ ờ ạo (đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, …), các nguồn
nhi u này s t o ra m t b c x n n. B c x n n này s gây ra m
ễ ẽ ạ ộ ứ ạ ề ứ ạ ề ẽ ột dòng liên t c trong
ụ
điố ấ ẫ ủ ẽ
t quang và do tính ch
tách t ng u nhiên c a quá trình tách quang s hình thành
nhi u n . M t thành ph n n a gây ra nhi u n n vùng t
ễ ổ ộ ầ ữ ễ ổ đó chính là do dòng điệ ối
ngượ ều đi qua tả
c chi i khi không có ánh sáng t i b tách quang. Nguyên nhân gây ra
ớ ộ
là do nhiệt ở l p ti p giáp ho c khi m khuy
ớ ế ặ ế ết ở b m t.
ề ặ Nhiễu nổ được tính theo công
thức sau [30] :

59
2 3
2
8 16
2 2 2 2 3
er
kT kT
k k
A I B I A B
th mal r r
G g
m
  
  
  )
(2.18
Với Tk tuy
là nhiệt độ ệ ố ộ
t đ i : 295 đ K.
khu p m .
G là độ ếch đại vòng lặ ở
n dung (F/m
η là điệ 2).
gm d n di n 0 03 S ( kg
là độ ẫ ệ FET . −1
m−2
s3
A2
)
Ar là vùng ng.
ảnh hưở
B là u.
băng thông nhiễ
I2 s nhi .
là hệ ố ễu băng thông
I3 = 0.0868.
k là h ng s Boizman : 1,38 x 10
ằ ố -23 m2 kg s−2 K−1
u kênh FET : 1,5.
τ là nhiễ
V y, t ng nhi u trong truy n d [30] :
ậ ổ ễ ề ữ liệu VLC được tính theo công thức
2 2 2
er
noise shot th mal
  
  (2.19)
N u không th b qua s xu t hi n c a nhi u giao thoa ISI, t ng nhi c tính theo
ế ể ỏ ự ấ ệ ủ ễ ổ ễu đượ
công thức [23] :
2 2 2 2 2
er
R P
noise shot th mal rISI
  
   (2.20)
V i công su t thu trung bình có tính nhi u giao thoa
ớ ấ ễ PrISI c tính b i công th c
đượ ở ứ
[34] :
1
( ) ( ) dt
LEDS
rISI i
i
T
P h t X t


 
 
 
 

 (2.21)

60
2.5.3 Tín hi u méo do hi ng truy n
ệ ệu ứ ề đa đường
Hình 2.32. Tín hi u méo do truy
ệ ền đa đường
Khi tín hiệu được truyền đi và gặp phải vật cản, nó sẽ bị n x
phả ạ, khúc xạ,.. Điều
nàydẫnđếntín hiệu sẽ đến phía thu theo những đường khácnhau với trễ và pha khác nhau.
Như vậy phía thu sẽ nhận được tín hiệu bị “méo” so với tín hiệu ban đầu.
2.5.4 T s
ỷ ố SNR
T s SNR là m t tham s c a tín hi u mang thông tin và
ỷ ố ộ ố xác định cường độ ủ ệ
so sánh nó v i tín hi u không mong mu n. Trong các h
ớ ệ ố ệ thống VLC, vì vectơ nhiễu
xu t hi
ấ ện như một thành ph n c a nhi u nhi t và nhi u n
ầ ủ ễ ệ ễ ổ, nên nó được gi nh r ng
ả đị ằ
t ng nhi u b ph i b i thành ph n t
ổ ễ ị chi ố ở ầ ạp âm Gaussian. Do đó, SNR được xác định
b [34] :
ởi công thức
2 2
2 2
er
r r
R P
SNR
shot th mal
 


)
(2.22
V P
ới : r
2
là công suấ ở đầ
t quang trung bình u thu.

61
Rp
2
ng t.
là đáp ứ ở photo điố
Xem xét tron ng h n c ng c a nhi u giao thoa (ISI) t
g trườ ợp tính đế ả ảnh hưở ủ ễ ừ
môi trườ ền đa đườ ỷ ố ợ ở ứ
ng truy ng, t s SNR đư c tính b i công th c [34] :
2 2
2 2
,
2 2
er
r r
r r ISI
R P
SNR
R P
shot th mal
 

 
(2.23)
2.6 Một số giải pháp cải thiện hiệu năng của hệ thống truyề ữ
n d liệu bằng đèn LED
c i thi n hi u su t c a vi c truy n d
Để ả ệ ệ ấ ủ ệ ề ữ liệu bằng đèn LED, rất nhi u k thu
ề ỹ ật
đã được đề ấ ồ ả các phương pháp tiế ận trên phương diệ ọ
xu t bao g m c p c n quang h c
và điệ ọ
n h c [40].
Các phương pháp tiế ận điệ ọ ồ
p c n h c bao g m :
 Kỹ thuật cân bằng (Equalization).
 Điều chế biên độ cầu phương QAM uadrature amplitude modulation).
(Q
 Ghép k frequency division
ênh phân chia tần số trực giao ODFM (Orthogonal
multiplexing).
Các phương pháp tiế ậ ọ ồ
p c n quang h c bao g m :
 Bộ lọc xanh nước biển ue f
(Bl iltering).
 Kỹ thuật MIMO –
(Multiple input Multiple output).
 Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength division
multiplexing).
 Ghép kênh phân chia theo cực PDM olarization division multiplexing).
– (P
Sau đây là mộ ố ải pháp đượ ứ ờ ần đây :
t s gi c nghiên c u trong th i gian g
2.6.1 truy u s d ng MIMO
Giải pháp tăng tố ộ
c đ ền dẫn dữ liệ ử ụ
Để đạt đượ ốc độ ề ẫ ữ ệu cao hơn, có thể ử ụng phương pháp
c t truy n d n d li s d
truy n d n d u song song t nhi c g i là h
ề ẫ ữ liệ ừ ều LED. Phương pháp này còn đượ ọ ệ
thống đa đầ đa đầ
u vào u ra (MIMO).
Trong h u h t các
ầ ế ứ ụ ế ệ
ng d ng chi u sáng hi n nay, r t nhi c s d ng
ấ ều LED đượ ử ụ
để ấp cường độ ế ầ ết. Điều này đem lại cơ hộ ề ẫ
cung c chi u sáng c n thi i truy n d n các
d u khác nhau trên m i thi t b
ữ liệ ỗ ế ị hoặc trên các nhóm nguồn phát khác nhau. Do đó,
c n có m
ầ ột dãy máy thu đượ ế ế ở phía thu để ậ ữ ệ ế ế
c thi t k thu nh n d li u, và thi t k này
hình thành nên h ng MIMO. Các k thu t MIMO trong vô tuy n có th c áp
ệ thố ỹ ậ ế ể đượ

62
dụng vào các hệ ố
th ng truyền dẫn quang nhằm thỏa mãn yêu cầu về sự ng hàng gi
thẳ ữa
các dãy máy thu và máy phát. K t
ế quả nghiên cứu chỉ ra rằng có thể truyền dữ liệu song
công bằng công nghệ MIMO với tốc độ tối đa lên tới 10 Gb/s [41].
Sau đây là mộ ố ả ới đượ ứ ờ ần đây :
t s gi i pháp m c nghiên c u trong th i gian g
2.6.2 i pháp s d ng chuy n ti ( )
Giả ử ụ ể ếp Relay
M nhóm các nhà nghiên c u [42 o lu n v vi c tri n khai relay cho
ột ứ ] đã thả ậ ề ệ ể
h ng truy i v i các ng d ng trong nhà u su t h
ệ thố ền thông VLC đố ớ ứ ụ nhằm tăng hiệ ấ ệ
thố ạ ể ếp (relay) thường đượ
ng. Có hai lo i chuy n ti c sử ụ
d ng là :
 Chuyển tiếp giải mã và chuyển tiếp DF (Decode and forward).
 Chuyển tiếp khuếch đại và chuyển tiếp AF (Amplify and forward).
Các nhà nghiên c n khai giao th c chuy n ti p bán song công phân
ứu đã triể ứ ể ế
chia theo th i gian cho h ng PLC ng trong nhà và h k t lu n r ng t
ờ ệ thố ở môi trườ ọ ế ậ ằ ốc
độ dữ liệu và sự tiết kiệm năng lượng được c i thi
ả ện đáng kể tùy thuộc vào kích thước
m ng và v trí các chuy n ti p trong m ng. u su t có th c c i thi
ạ ị ể ế ạ Hiệ ấ ể đượ ả ện hơn nữa
n u s d ng chuy n ti p hai chi u.
ế ử ụ ể ế ề
Hình 2.33. Mô hình h ng m ng lai PLC/VLC cho các ng d
ệ thố ạ ứ ụng
truy u trong nhà [42]
ền số liệ

63
2.6.3 Gi i pháp s d ng chùm quang k p TDMA
ả ử ụ ết hợ
Gần đây [40], một trong những phương pháp tiếp cận miền quang học mới có tên
gọi là : “kỹ t chùm quang h
thuậ ọc” được đề xuất nhằm nâng cao hiệu suất của hệ thống
VLC. Đây là một kỹ thuật nhằm tập trung ánh sáng LED vào một mục tiêu mong muốn
nhằmtăngcường tỉ lệ tín hiệu/nhiễu (SNR). Vì kỹthuật này không phụ thuộc vào địnhdạng
tín hiệu điện, nó được áp dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống VLC. Tuy nhiên, các nghiên
cứu trước đó chỉ ra rằng việc sử dụng chùm quang học có thể truyền thông với một máythu
duy nhất. Trong thực tế, nhiều thiết bị của người dùng sẽ được cung cấp. Vì vậy, có thể kết
hợp kỹ t ghép kênh phân chia theo th
thuậ ời gian TDMA (time division multiple access)
nhằm phục vụ nhiều thiết bị người dùng, trong đó tập trung ánh sáng LED truyền tới các
thiết bị đầu cuối khác nhau trong những khoảng thời gian khác nhau.
Hình 2.34 i TDMA v
. K thu p chùm quang v
ỹ ật kết hợ ớ ớ ờ ợ
i trư ng h p a) :
không sử ụ và trườ ợ ử ụ
d ng TDMA ng h p b) : s d ng TDMA [40]

64
2.7 Một số phân tích mô hình truyền thông sử dụng đèn LED ở môi trường trong nhà
Công ngh VLC ng d ng r t r ng rãi và có th i v i môi
ệ được ứ ụ ấ ộ ể triển khai đố ớ
trườ ặ ời. Đố ớ ề ẫ
ng trong nhà ho c ngoài tr i v i mô hình trong nhà, mô hình truy n d n
đượ ọa như hình sau :
c minh h
Hình 2.35. Mô hình kênh truy n VLC trong nhà
ề
Các phân tích cơ bản về hệ thống truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy sử
dụng đèn LED được khoa học nghiên cứu thảo luận về ánh sáng quang
các nhà và
học, truyền dẫn quang học và thiết kế thử nghiệm. Họ phát hiện ra rằng việc
các
truyền thông dữ liệu bằng đèn LED chịu ảnh hưởng của nhiễu liên ký tự và sự giao
thoa. Cuối cùng họ kết luận rằng có một mối quan hệ giữa tốc độ dữ liệu và FOV
(Field of View : giới hạn trường nhìn) được sử dụng trong giao tiếp ánh sáng khả kiến
và có tiềm năng truyền thông dữ liệu với tốc độ 10 GB/s.
Bài báo [43] “Broadband Access over Medium and Low Voltage Power-lines
and use of White Light Emitting Diodes for Indoor Communications” của hai tác giả
P. Amirshahi và M. Kavehrad đề cập đến các khái niệm về hệ thống VLC sử dụng
đèn LED trắng nhằm nghiên cứu khả năng tiềm năng của truyền thông đường dây
điện và đèn LED trắng trong nhà để truy cập băng thông rộng. Trong bài báo này, họ

65
đã t hệ thống truyền thông để chiếu sáng truyền dữ liệu từ trần
ạo một trong nhà và
nhà tới máy thu sao cho không có điểm mù trong phòng.
Hình 2.36 li
. Thông s thi ng truy
ố ết lập hệ thố ền dữ ệ ằng đèn LED [43]
u b
Trong bài báo này, chúng ta có th c m k t lu
ể rút ra đượ ột số ế ận như sau :
1. c ít nh u LOS trong kho ng cách l
Máy thu thu đượ ất 1 tín hiệ ả ớn hơn 
 mét.
2. a máy thu ít nh .
FOV củ ất phải lớn hơn hoặc bằng 25 độ
3. t tín hi i công su t tín hi u ph n x .
Công suấ ệu LOS cao hơn vớ ấ ệ ả ạ
Trong bài báo [44] “Indoor Visible Light Communications: challenges and
prospects” ả Dominic O’Brien1, Lê Minh Hòa
nhóm tác gi , Lubin Zenga, Grahame
Faulknera, Kyungwoo Leeb,Daekwang Jung, YunJe Oh và Eun Tae Won đã trình
bày khái ni truy n thông s d ng ánh sáng nhìn th y, nh ng thách th a nó
ệm về ề ử ụ ấ ữ ức củ
và tri n v ng phát tri n. Trong bài báo này, h gi i thích c n c a giao
ể ọ ể ọ ả ấu hình cơ bả ủ
tiế ệ ấ ủ ằ ử ụng các sơ đồ điề ế đơn
p VLC và phân tích hi u su t c a VLC b ng cách s d u ch
gi n. T phân tích, h y r truy n d u kho ng m
ả ừ ọ thấ ằng các đèn LED có tốc độ ề ữ liệ ả ột
vài Mhz và t s u/t dB. H d ng nhi u k thu
ỷ ố tín hiệ ạp âm vượt quá 40 ọ cũng đã sử ụ ề ỹ ật
khác nhau nh truy n d
ằm tăng tốc độ ề ữ liệu bao g m : b l c quang, b cân b ng máy
ồ ộ ọ ộ ằ
phát, máy thu và kỹ thuật MIMO.

66
Hình 2.37 li
. ng truy
Môi trườ ền dữ ệ ằng đèn LED trong nhà [44]
u b
Việc truy n t i video và âm thanh b ng cách s d ng VLC c p trong
ề ả ằ ử ụ được đề ậ
bài báo [45] “Real-time Audio & Video Transmission System Based on Visible Light
Communication” ủ ả
c a nhóm các tác gi Yingjie He, Liwei Ding, Yuxian Gong,
Yongjin Wang. K t qu nghi m cho th y r ng âm thanh và video có th c
ế ả thử ệ ấ ằ ể đượ
truy n d n v i kho ng cách t H t k và mô ph ng mô hình chi u sáng
ề ẫ ớ ả ối đa 3m. ọ thiế ế ỏ ế
trong môi trườ ằ ấ ố ệ ặ ẽ ữ ố ụ ủ ồ
ng phòng nh m cho th y m i quan h ch t ch gi a b c c c a ngu n
sáng và s phân ph r So v i các bài báo khác, trong bài báo này, h gi i thích
ự ối độ ọi. ớ ọ ả
và mô ph ng phân ph r i cho hai s p x p ngu
ỏ ối độ ọ ắ ế ồn ánh sáng khác nhau như trong
hình 2.37.
Hình 2.38. M ng LED vuông (bên trái) và m ng LED tròn
ả ả
(bên phải) [45]

67
Hình 2.39. Phân b sáng cho vi n khai c m LED 4x4 hình vuông
ố độ ệc triể ụ
và phân b sáng cho vi n khai m
ố độ ệc triể ảng LED tròn [45]
2.8 Kết luận chương
Công ngh truy n thông s d ng ngu n ánh sáng tr ng t
ệ ề ử ụ ồ ắ ừ đèn LED chủ yếu sử
d ng t công c ng th i v i truy n d u qua kênh
ụ đèn LED như mộ ụ phát sáng đồ ờ ớ ề ữ liệ
truy n không gian t do. M t mô hình h ng truy n d u b
ề ự ộ ệ thố ề ữ liệ ằng đèn LED gồm
nh ng thành ph t b u cu t p trung quang, photo
ữ ần cơ bản như thiế ị đầ ối, đèn LED, bộ ậ
điố ững phương pháp điề ế điề ỉnh độ ệ ố ạ
t. Nh u ch , u ch sáng LED giúp cho h th ng ho t
độ ổn đị đáp ứ ả ục đích về ế ề ố ệ ạnh đó,
ng nh, ng c hai m chi u sáng và truy n s li u. Bên c
h ng truy n d u b u ng c a m t s i nhi
ệ thố ề ữ liệ ằng đèn LED cũng chị ảnh hưở ủ ộ ố loạ ễu
chính như nhiễ ệ ễ ổ ệ ệ ứ ền đa đườ Chương
u nhi t, nhi u n , méo tín hi u do hi u ng truy ng.
ba cũng đã nêu lên một s gi i pháp nh m c i thi n hi
ố ả ằ ả ệ ệu năng củ ệ
a h thố ầ
ng. Ph n cuối
chương đề c p t i m t s phân tích mô hình truy
ậ ớ ộ ố ền thông sử dụng đèn LED ở môi trường
trong nhà.

Nghiên cứu đặc tính truyền dữ liệu của đèn led, Phạm Đức Thịnh

Nghiên cứu đặc tính truyền dữ liệu của đèn led, Phạm Đức Thịnh

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên cứu đặc tính truyền dữ liệu của đèn led, Phạm Đức Thịnh

Similar to Nghiên cứu đặc tính truyền dữ liệu của đèn led, Phạm Đức Thịnh (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu đặc tính truyền dữ liệu của đèn led, Phạm Đức Thịnh