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

1. 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

2. HẢI PHÒNG - 2016
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
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG; MÃ SỐ:
D520207
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn: Th.S Ngô Xuân Hường

3. HẢI PHÒNG - 2016

4. LỜI CẢM ƠN
Trong suốt những năm học vừa qua em đã được các thầy cô giáo trong
trường đại học Hàng Hải,khoa Điện-Điện Tử và các thầy cô Bộ môn Điện Tử
Viễn Thông nói riêng đã giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quý
báu,em xin chân thành cảm ơn thầy cô rất nhiều!
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Th.s Ngô Xuân Hường,
thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình
làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em đã được thầy chỉ
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, đây là những điều rất cần thiết cho em trong
quá trình học tập và công tác sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động
viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn
thành đồ án tốt nghiệp!
4

5. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan :
1.Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng
dẫn của thầy Th.s Ngô Xuân Hường
2.Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác
giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
3.Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi
xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Sinh viên
Phạm Văn Long
5

6. MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AB Average Brightness Mức sáng trung bình
APD Avalanche Photodiode Diode tách quang thác
AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gaussian trắng cộng
BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit
CMOS
Comlementary Metal-Oxide-
Semiconductor
Vi mạch tích hợp
CPC Compound Parabolic Concentrator
Bộ tập trung quang parabol
kết hợp
CS Compensation Symbol Ký hiệu dư thừa
CSK Color Shift Keying Khóa dịch màu
DMT Discrete Multi-tone Đa âm rời rạc
EU European Union Liên minh Châu Âu
FIT
Fraunhofer Insitute of
Telecommunications
Viện truyền thông Fraunhofer
FPS Frame per Second Số khung hình trên giây
FOV Field of View Trường nhìn thấy
FSO Free-Space Optical
Truyền dẫn quang trong
không gian tự do
HD High-Definition Độ phân giải cao
IM/DD
Intensity Modulation/Direct
Detection
Điều chế cường độ/tách sóng
trực tiếp
IR Infrared Hồng ngoại
6

7. ISI Intersymbol Interference Xuyên nhiễu
JEITA
Japan Electronics and Information
Technology Industries Association
Hiệp hội công nghệ thông tin
và điện tử Nhật Bản
LED Light Emitting Diode Diode phát quang
Li-Fi Light Fidelity
Truyền thông không dây sử
dụng ánh sáng nhìn thấy
LOS Line of Sight Đường nhìn thấy
MFTP Maximum Flickering Time Period Thời gian nhấp nháy tối đa
MIMO Multi-Input Multi-Output
Kỹ thuật truyền dẫn đa thu
phát
MLL Mesuared Level of Light Mức ánh sáng đo được
NRZ None-Return-to-Zero Không trở về 0
OFDM
Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
OOK On-Off Keying Khóa bật tắt
PLC Power Line Communication
Truyền thông bằng đường
điện
PLL Perceived Level of Light Mức độ sáng cảm nhận được
PoE Power over Ethernet Cấp nguồn qua cáp Ethernet
PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung
PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất
RF Radio Frequency Sóng vô tuyến
SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
UV Ultra-Violet Cực tím
VLC Visible Light Communication
Truyền thông bằng ánh sáng
nhìn thấy
VPPM
Variable Pulse Position
Modulation
Điều chế vị trí xung biến đổi
Wi-Fi Wireless Fidelity
Truyền thông không dây sử
dụng sóng vô tuyến
7

8. DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số bảng Tên bảng Trang
1.1 Đặc tả các chuẩn truyền thông IEEE 8.2.11x 5
1.2
Đặc tả kỹ thuật của một số chuẩn không dây thế hệ
mới
6
2.1 Chu trình phát triển của công nghệ LIFI được thống kê 11
2.2
Các dải màu trong không gian màu CIE 1931 với tọa
độ màu (x, y)
24
2.3 Các trường hợp kết hợp dải màu hợp lệ 26
2.4 Tọa độ của các điểm ký hiệu với 3 dải màu được chọn 31
2.5
Tốc độ của ba phương pháp điều chế với các loại mã
hóa
33
2.6 Một số loại Diode PIN của hãng HAMAMATSU 40
3.1 Các ứng dụng với môi trường trong nhà 43
3.2
Một vài thông số về hệ thống MIMO của đại học
Oxford (2008)
46
8

9. DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hình Tên hình Trang
2.1 Quang phổ ánh sáng nhìn thấy 9
2.2 Dải tần của sóng ánh sáng nhìn thấy 11
2.3 Mô hình thành phần phát trong hệ thống LIFI 13
2.4 Nguyên lý hoạt động của LED. 14
2.5 Hai loại LED phát ánh sáng trắng 15
2.6
Phổ phát xạ của (a) LED đơn chip và (b) LED
RGB
15
2.7 Hàm cơ sở (a) và Không gian tín hiệu OOK (b 18
2.8
Tăng độ sáng bằng cách chèn thêm ký hiệu thừa
CS
19
2.9 Hàm cơ sở của 2-PPM 20
.10
Mô hình VPPM cấu tạo từ 2-PPM với độ sáng
50% (a) và PWM để điều chỉnh độ sáng (b)
21
2.11
Dạng sóng của tín hiệu VPPM với độ rộng xung
75%
22
2.12 Hàm gán màu XYZ 23
2.13
Không gian màu CIE với hai trục xy và 7 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 dữ liệu đối với 4-CSK 27
2.17 . Không gian tín hiệu 8-CSK 28
2.18 Ánh xạ dữ liệu đối với 8-CSK 29
2.19 Không gian ký hiệu 16-CSK 29
2.20 Ánh xạ dữ liệu đối với 16-CSK 30
9

10. 2.21 Khối mã hóa và điều chế VPPM 32
2.22 Mô hình kênh truyền LIFI IM/DD 33
2.23 Minh họa mô hình kết nối Wide-LOS (FOV rộng) 35
2.24
Minh họa mô hình kết nối Narrow-LOS (FOV
hẹp)
35
2.25 Minh họa mô 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 tại CPC 41
3.1
Mô hình các thiết bị đầu cuối với môi trường trong
nhà
43
3.2 Mô hình truyền dẫn với môi trường ngoài trời 44
3.3 Mô hình dự án OMEGA 44
3.4
Mô hình hệ thống truyền dẫn LIFI của viện truyền
thông Fraunhofer
45
3.5
Mô hình hệ thống truyền dẫn MIMO của đại học
Oxford (2008)
46
3.6 Mô hình truyền dẫn của đại học Nagoya 47
3.7
Camera thu gắn trong xe (a) và Bảng LED phát
(16x16)
47
3.8
Xác định vị trí nguồn phát (a) và Cắt bỏ hình ảnh
thừa (b)
48
3.9
Xác định vị trí nguồn phát (a) và Cắt bỏ hình ảnh
thừa (b)
49
3.10 Sơ đồ bố trí đèn (a) và tốc độ di chuyển trong siêu 49
10

11. thị (b)
3.11 Giao diện của ứng dụng Picapicamera 50
3.12 Quá trình gửi tin nhắn 52
3.13 Quá trình nhận tin nhắn 52
11

12. LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, mạng truyền thông không dây vẫn chỉ sử dụng sóng vô tuyến
làm phương tiện truyền dẫn chính. Mặc dù đang rất phát triển với tốc độ ngày
càng tăng nhưng công nghệ này cũng có một số hạn chế như băng thông sẽ tới
lúc cạn kiệt (do nhu cầu sử dụng tăng rất nhanh), hạn chế khi sử dụng trong
một số môi trường như bệnh viện (dễ ảnh hưởng tới độ chính xác và chế độ
hoạt động của các thiết bị y tế), và không thể sử dụng gần khu vực không lưu
của sân bay do đặc tính của sóng vô tuyến có thể gây nhiễu lên điều hành máy
bay… Mặt khác, sự phát triển mạnh mẽ của Diode phát quang (Light Emitting
Diode – LED) với nhiều ưu điểm như hiệu quả chiếu sáng cao, tiết kiệm điện
năng sẽ giúp hiện thực hóa các ý tưởng sử dụng ánh sáng nhìn thấy để truyền
dẫn thông tin.
Công nghệ mạng không dây LiFi được xem như là một lời giải cho bài
toán về băng thông cũng như các nhược điểm khác của công nghệ truyền
thông sử dụng sóng vô tuyến với băng thông sử dụng gần như không giới hạn,
không gây xuyên nhiễu nên có thể sử dụng ở các môi trường bệnh viện, sân
bay. Đặc biệt hơn nữa chúng ta có thể xây dựng hạ tầng vừa dùng để chiếu
sáng vừa dùng để truyền thông sử dụng nguồn phát ánh sáng là các bóng đèn
LED.
Vì vậy, em đã chọn lựa đề tài đồ án tốt nghiệp là “Nghiên cứu công
nghệ không dây LiFi và đánh giá khả năng ứng dụng”.
Nội dung đồ án bao gồm ba phần chính sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng không dây
Chương 2: Nghiên cứu công nghệ mạng không dây LiFi
Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền thông không dây LiFi
Do thời gian và hiểu biết còn hạn chế nên chắc chắn đồ án không tránh
khỏi rất nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô
giáo và ý kiến góp ý của các bạn độc giả để đồ án được hoàn thiện hơn.
12

13. CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY
1.1.Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ mạng không dây.
Trong những năm gần đây với sự phát triển vượt bậc về khoa học công
nghệ trên thế giới,con người đã tạo ra hàng loạt những sản phẩm công nghệ
ứng dụng thiết thực trong đời sống thường ngày như điện thoại thông
minh,máy tính xách tay, đồng hồ thông minh,máy tính bảng camera thông
minh,các thiết bị điện tử thông minh đáp ứng đầy đủ mọi nhu cầu sử dụng của
con người trong xã hội.
Với sự phát triển mạnh mẽ này cũng kéo theo nhu cầu trao đổi thông
tin giữa các thiết bị trong quá trình làm việc dẫn đến hình thành một mạng kết
nối không dây mới với cái tên WLAN.
WLAN mang lại kết nối giữa các thiết bị trong phạm vi hẹp như trường
học,bệnh viện tòa nhà vì là kết nối không dây nên nó rất tiện lợi trong quá
trình triển khai hạ tầng mạng bổ sung cho kết nối mạng có dây.
Việc sử dụng sóng điện từ hoặc sóng hồng ngoại trong môi trường tự
do để truyền dẫn dữ liệu xuyên các vật cản như tường nhà và các cấu trúc vật
thể khác mà không cần sử dụng cáp là một thế mạnh lớn của WLAN.
Trên thế giới ngày nay, mạng WLAN được ứng dụng rộng rãi trên tất
cả các quốc gia. Với thế mạnh ưu việt như: cài đặt đơn giản,dễ sử dụng,dễ cấu
hình không đòi hỏi yêu cầu về cơ sở hạ tầng giống như các mạng LAN truyền
thống, đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ khi không sử dụng dây để kết nối,WLAN
ngày càng phát triển và đang dần thay thế cho các kết nối có dây trong nhiều
lĩnh vực khác nhau.
Công nghệ mạng không dây được giới thiệu lần đầu vào năm 1990 hoạt
động trêndải tần 900MHz,tốc độ truyền dữ liệu là 1Mbps.
• Năm 1992, xuất hiện những mạng không dây sử dụng băng tần 2.4GHz. Mặc
dù đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhưng chúng vẫn là những giải pháp
riêng của mỗi nhà sản xuất và không được công bố rộng rãi. Sự cần thiết cho
13

14. việc hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những tần số khác nhau dẫn đến
một số tổ chức bắt đầu phát triền ra những chuẩn mạng không dây chung.
• Năm 1997, IEEE đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11 áp dụng cho các
mạng không dây. Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong
đó bao gồm cả phương pháp truyền tải tín hiệu radio ở dải tần số 2.4GHz.
• Năm 1999, IEEE áp dụng thêm hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn
802.11b và 802.11a. Và các thiết bị mạng không dây dựa trên chuẩn 802.11b
đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội. Các thiết bị phát
trên tần số 2.4GHz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 11Mbps.
• Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cái tiến là chuẩn 802.11g có thể nhận
thông tin trên cả hay dãy tần 2.4GHz và 5GHz và nâng tốc độ truyền dự liệu
nên đến 54Mbps. Đây là chuẩn được sử dụng rộng rãi vào thời điểm hiện tại
• Ngoài ra IEEE còn thông qua chuẩn 802.11n nâng tốc độ truyền dữ liệu từ
100-600Mbps vào tháng 9/2009 sau 7 năm nghiên cứu và phát triển.
1.2. Phân loại mạng không dây WLAN.
Mạng không dây WLAN phân thành mạng WLAN hồng ngoại và
WLAN vô tuyến và một công nghệ WLAN mớiđang trong quá trình hoàn
thiện nó sử dụng ánh sáng nhìn thấy(LiFi). WLAN vô tuyến có thể dựa trên
quá trình truyền dẫn băng hẹp hay truyền dẫn trải phổtrong khi đó đối với các
WLAN hồng ngoại có thể là khuyếch tán hay được định hướng. WLAN LiFi
truyền dẫn định hướng.
1.2.1 Các WLAN vô tuyến.
Hệ thống WLAN chủ yếu áp dụng công nghệ trải phổ. Công nghệ trải
phổđáp ứng quá trình truyền thông tin cậy và an toàn. Trải phổđề cập đến các
sơ đồ tín hiệu dựa trên một số dạng mã hoá (độc lập với thông tin được phát
đi) đểtruyền tín hiệu,chúng sử dụng băng thông lớn hơn nhiều so với yêu cầu.
Băng thông lớn hơn có nghĩa là nhiễu và các hiệu ứng fading đa đường chỉảnh
hưởng một phần đến quá trình truyền dẫn trải phổ. Vì vậy mà năng lượng tín
hiệu thu hầu như không đổi theo thời gian. Điều này cho phép tách sóng
14

15. dễdàng khi máy thu được đồng bộ với các tham số của tín hiệu trải phổ. Các
tín hiệu trải phổ có khảnăng hạn chế nhiễu và gây khó khăn cho quá trình phát
hiện và chặn tín hiệu trên đường truyền. Có hai kỹ thuật trải phổ: Trải phổ
chuỗi trực tiếp (DSSS) và trải phổ nhảy tần (FHSS).
1.2.2 Các WLAN hồng ngoại.
Hệ thống này sử dụng sóng hồng ngoại để truyền dữ liệu cho truyền dẫn
vô tuyến. Tia hồng ngoại có băng thông không cấp phép rất dồi dào, nó loại
bỏ được nhiễu vô tuyến, các thiết bị hồng ngoại nhỏ và tiêu thụ ít công suất.
Không giống như các sóng vô tuyến, các tần số hồng ngoại là quá cao để
thực hiện điều chế giống như đối với các tần số vô tuyến. Vì vậy, các đường
truyền hồng ngoại thường dựa trên cơ sở điều chế xung bật- tắt và tách sóng
tín hiệu quang. Quá trình truyền dẫn xung bật- tắt được thực hiện bằng cách
biến đổi cường độ (biên độ) dòng điện trong máy phát hồng ngoại như là laser
diode hay diode phát quang chẳng hạn. Theo cách này, dữ liệu được mang đi
bởi cường độ (chứ không phải là pha hay tần số) của sóng ánh sáng. Các hệ
thống hồng ngoại sử dụng hai thành phần vật lý khác nhau (các bộ phát và các
bộ tách) để phát và thu tín hiệu sóng quang. Điều này trái ngược với các hệ
thống vô tuyến vì ở đó sử dụng một anten chung để phát và thu tín hiệu.
1.2.3 WLAN dùng ánh sáng nhìn thấy LiFi.
LiFi là một công nghệ mạng quang học không dây sử dụng điốt phát
sáng (light-emitting diodes - LED) để truyền dữ liệu .
LiFi được thiết kế sử dụng các bóng đèn LED tương tự với các bóng đèn
đang được dùng tại các hộ gia đình hoặc văn phòng tiết kiệm năng lượng. Tuy
nhiên, bóng đèn LiFi được trang bị 1 con chip dùng để điều biến ánh sáng để
truyền dữ liệu quang học. Dữ liệu LiFi được truyền đi bởi các bóng đèn và
nhận bởi các thiết bị thụ quang.
15

16. 1.3 Các tiêu chuẩn mạng không dây WLAN
1.3.1 Các Chuẩn WLAN phổ biến.
Các chuẩn 802.11a 802.11b 802.11g
802.11n
(draft 2.0)
Năm phê
chuẩn
Tháng
7/1999
Tháng 7/1999
Tháng
6/2003
Tháng
6/2007
Tốc độ tối đa 54Mbps 11Mbps 54Mbps 300Mbps
Khoảng cách
tối đa
100m 100m 100m 150m
Kỹ thuật điều
chế
OFDM
DSSS hay
CCK
DSSS hay
CCK hay
OFDM
DSSS hay
CCK hay
OFDM
Dải tần số
trung tần (RF)
5GHz 2,4GHZ 2,4GHZ
2,4GHz hay
5GHz
Chuỗi dữ liệu 1 1 1 1, 2, 3 hay 4
Độ rộng băng
thông
20MHz 20MHz 20MHz
20MHz hay
40MHz
Số kênh
không chồng
lấn nhau
3 3 23
3 (2,4GHz)
23 (5GHz)
Nguồn can
nhiễu
Bluetooth,
lò vi sóng,
thiết bị
quan sát bé
từ xa...
Bluetooth, lò
vi sóng, thiết bị
quan sát bé từ
xa...
Điện thoại
mẹ bồng con
Tương tự
802.11b/g
(2,4GHz)Tươ
ng tự 802.11a
(5GHz)
Bảng 1.1.. Đặc tả các chuẩn truyền thông IEEE 8.2.11x
1.3.2 Một số chuẩn truyền thông không dây thế hệ mới.
Bảng 1.2. Đặc tả kỹ thuật của một số chuẩn không dây thế hệ mới
802. Phê Giải Băng thông Tốc độ Số Điều
16

17. 11xx duyệt
tần
(GHz
)
(MHz)
min/max
Mbit/s
luồng
MIMO
chế
n 2009 2.4/5 20/40 7.2/150 4 OFDM
ac 2014 5
20/40/80/16
0
7.2/900 8 OFDM
ad 2012 60 2x160 Đến 7000 - OFDM
ah
Dự kiến
2016
0.9
aj
Dự kiến
2016
45/60
ax
Dự kiến
2019
2.4/5
1.4 Ứng dụng và ưu nhựơc điểm của mạng không dây WLAN
1.4.1 Ứng dụng của Wlan
• Truy cập mạng WLAN:WLAN được thiết kế với vai trò của lớp truy cập, có
nghĩa là chúng được sử dụng như là một điểm để đi vào mạng có dây.
• WLAN giúp mở rộng mạng: Mạng không dây có thể được sử dụng để mở
rộng mạng có dây. Có nhiều trường hợp trong đó việc mở rộng mạng yêu cầu
phải cài đặt thêm cáp, nhưng việc cài đặt thêm cáp là không thể (về chi phí,
giới hạn 100m của cáp,…) hay bị cấm .
• WLAN giúp kết nối giữa các tòa nhà: Trong môi trường campus hay môi
trường chỉ có 2 tòa nhà gần nhau thì các người sử dụng ở các tòa nhà sẽ có
nhu cầu kết nối mạng với nhau.
• WLAN giúp phân phối dữ liệu đoạn cuối:Các nhà cung cấp dịch vụ internet
không dây đã tận dụng những lợi thế trong công nghệ không dây để đưa ra
dịch vụ phân phối dữ liệu đoạn cuối đến các khách hàng của họ.
17

18. • WLAN giúp tính di động tăng cao:WLAN không thể thay thế mạng LAN có
dây về tốc độ kết nối nhưng ưu thế của WLAN chính là tính di động của nó.
• Ứng dụng WLAN cho SOHO: Trong môi trường gia đình hay văn phòng nhỏ
SOHO thì thường có nhiều máy tính, tuy nhiên họ vẫn cần nhu cầu kết nối
mạng để có thể chia sẻ dữ liệu, máy in, internet,… để tăng năng suất cũng như
hiệu quả làm việc.
• WLAN là giải pháp cho văn phòng di động: Các văn phòng hay lớp học di
động cho phép người sử dụng rất linh hoạt trong việc kết nối máy tính của họ
ở những vị trí khác nhau. Nếu như lớp học quá đông thì trường học có thể sử
dụng các lớp học di động. Để có thể mở rộng mạng máy tính đến các tòa nhà
tạm thời như vậy thì việc sử dụng cáp sẽ mất thời gian cũng như tiền bạc. Các
kết nối WLAN tư văn phòng chính của trường đến các lớp học di động cho
phép cấu hình rất linh hoạt và chi phí thấp.
1.4.2 Ưu nhược điểm của mạng không dây WLAN
a.Ưu điểm của mạng WLAN:
-Sự tiện lợi: mạng không dây cung cấp giải pháp cho phép người sử dụng
truy cập tài nguyên trên mạng bất kì nơi đâu trong khu vực wlan được triển
khai.
-Khả năng di động: với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của viễn thông di
động, người sử dụng có thể truy cập internet ở bất cứ đâu.
-Hiệu quả: người sử dụng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi
này đến nơi khác
-Triển khai: chúng ta chỉ cần một đường truyền ADSL và một AP là
được một mạng Wlan đơn giản.
-Khả năng mở rộng: mở rộng dễ dàng có thể đáp ứng tức thì khi có sự
gia tăng lớn về số lượng người truy cập.
18

19. b.Nhược điểm của mạng Wlan:
-Bảo mật: đây có thể nói là nhược điểm lớn nhât của mạng Wlan, bởi vì
phương tiện truyền tín hiệu là song và môi trường truyền tín hiệu là không khí
nên khả năng của một mạng không dây bị tấn công là rất lớn.
-Phạm vi: như ta đã biết IEEE 802 11n mới nhất hiện nay cũng chỉ có thể
hoạt động ở phạm vi tối đa là 150m, nên mạng không dây chỉ phù hợp cho
một không gian hẹp.
-Độ tin cậy: do phương tiện truyền tín hiệu là sóng vô tuyến nên việc bị
nhiễu, suy giảm …là điều không thể tránh khỏi.Điều này gây ảnh hưởng lớn
đến hiệu quả hoạt động của mạng.
-Tốc độ: tốc độ cao nhất hiện nay của Wlan có thể lên đến 600Mbps
nhưng vẫn chậm hơn rất nhiều so với các mạng cáp thông thường.
19

20. CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY
LIFI
2.1 Khái niệm vềLiFi và Lịch sử hình thành phát triển.
2.1.1 Khái Niệmvề LiFi
LIFI (LIFI) – Truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy sử dụng phần ánh
sáng nhìn thấy được để truyền thông tin, để so sánh thì LIFI gần giống công
nghệ truyền thông không dây (ví dụ như Wi-Fi) sử dụng các tín hiệu sóng
điện từ (Radio Frequency – RF) để truyền dữ liệu.
Ánh sáng nhìn thấy được (Visible Light) là dạng sóng với các bước sóng
nằm trong khoảng mắt người có thể nhận biết được. Các bước sóng này nằm
trong khoảng từ 380nm đến 750nm. Hình 2.1 dưới đây cho ta thấy các bước
sóng ánh sáng được gắn với tông màu mà mắt thường có thể nhìn thấy.
Hình 2.1 Quang phổ ánh sáng nhìn thấy
Với LIFI, dữ liệu được truyền đi bằng cách điều chế cường độ của ánh
sáng nhưng không để cho mắt người bình thường nhận biết được sự thay đổi
này. Ánh sáng mang theo dữ liệu khi đến phía thu sẽ được nhận bởi Photo-
sensitive Detector (PD) hoặc chip cảm biến hình ảnh (CMOS) giải điều chế
chuyển đổi từ tín hiệu quang thành tín hiệu điện.
LIFI chính là một nhánh trong công nghệ truyền thông không dây
quang (Optical Wireless Communications – OWC). OWC sử dụng cả tia hồng
ngoại (infra-red) và tia cực tím (ultra-violet) để truyền thông tin tương tự như
ánh sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, chính việc sử dụng năng lượng vừa dùng để
chiếu sáng vừa để truyền thông tin đã khiến cho công nghệ LIFI trở nên ưu tú
hơn cả.
20

21. Chu trình phát triển của công nghệ LIFI được thống kê trong bảng 2.1.
Thời gian Sự kiện
2004
Công bố hệ thống LED truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao
đến thiết bị di động cầm tay tại Nhật Bản.
2005
Thử nghiệm thực tế hệ thống truyền dẫn VLC tới điện
thoại di động với tốc độ 10kb/s và ~Mb/s sử dụng đèn
huỳnh quang và LED tại Nhật Bản.
2007
Thực hiện truyền dẫn VLC từ màn hình LCD sử dụng
đèn nền LED tới thiết bị cầm tay, hãng tivi Fuji, Nhật
Bản.
2007
Hiệp hội VLC (VLCC) tại Nhật Bản đưa ra hai chuẩn:
Tiêu chuẩn cho hệ thống định danh sử dụng ánh sáng và
tiêu chuẩn cho hệ thống VLC. Hiệp hội công nghệ
thông tin và điện tử Nhật Bản – JEITA đã chấp nhận các
tiêu chuẩn này thông qua hai văn bản JEITA CP-1221
và JEITA CP-1222.
2008
Phát triển các tiêu chuẩn toàn cầu cho mạng gia đình sử
dụng ánh sáng và hồng ngoại để truyền dẫn thông qua
dự án OMEGA của EU.
Thực hiện truyền dẫn sử dụng 5 đèn LED với tốc độ
~100Mb/s.
2009
VLCC đã ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật đầu tiên của họ
trong đó xác định phổ tần sử dụng trong VLC.
2010
Phát triển công nghệ VLC cho các thiết bị điện tử như
TV, PC, điện thoại di động ở đại học California, USA.
2010
Công bố hệ thống định vị toàn cầu GPS với môi trường
trong nhà tại Nhật Bản.
2010
Truyền dẫn với hệ thống VLC đạt tốc độ 500 Mb/s với
khoảng cách 5m, thực hiện bởi Siemen và Viện
Heinrich Hertz, Đức.
2010 Phát triển tiêu chuẩn cho các công nghệ sử dụng VLC
21

22. bởi IEEE.
2011
Trình diễn hệ thống truyền dẫn VLC-OFDM với tốc độ
124Mb/s, sử dụng LED trắng phủ phosphor, đại học
Edinburgh, Anh.
Bảng 2.1. Chu trình phát triển của công nghệ LIFI được thống kê
Công nghệ LIFI rất phù hợp cho các ứng dụng cung cấp nội dung phổ
biến trên internet như các ứng dụng download video, audio hay duyệt web.
Các ứng dụng này phần lớn phụ thuộc nhiều vào băng thông của đường xuống
(downlink) nhưng lại chỉ yêu cầu băng thông đường lên nhỏ. Theo cách này,
chúng ta có thể giải quyết vấn đề quá tải trong việc sử dụng các kênh vô tuyến
và mở rộng dung lượng của Wi-Fi.
2.2 Ưu điểm của công nghệ LiFi (Light Fidelity).
Như chúng ta đã biết, phổ tần của sóng vô tuyến (Radio Frequency –
RF) đang ngày càng cạn kiệt và cơ hội mở rộng rất hạn chế. Thêm vào đó, có
rất nhiều yếu tố về an toàn và sức khỏe cần phải xem xét khi sử dụng sóng vô
tuyến. Do đó, công nghệ LIFI có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ
sử dụng sóng vô tuyến RF.
2.2.1.Dung lượng.
Hình 2.2 Dải tần của sóng ánh sáng nhìn thấy
• Băng thông lớn – Phổ tần của sóng ánh sáng nhìn thấy ước tính lớn gấp
10,000 lần so với phổ sóng vô tuyến và hoàn toàn miễn phí khi sử dụng.
• Mật độ dữ liệu – Công nghệ LIFI có thể đạt được mật độ dữ liệu gấp 1000 lần
so với Wi-Fi bởi vì ánh sáng nhìn thấy không xuyên qua vật cản nên chỉ tập
trung trong một không gian trong khi sóng vô tuyến có xu hướng thoát ra và
gây xuyên nhiễu.
22

23. • Tốc độ cao – Công nghệ LIFI có thể đạt được tốc độ cao nhờ vào nhiễu thấp,
băng thông lớn và cường độ chiếu sáng lớn ở đầu ra.
• Quản lý – Việc quản lý trở nên khá dễ dàng do không gian chiếu sáng chọn
lựa để truyền thông và tín hiệu ánh sáng có thể quan sát được trong khi sóng
vô tuyến không thể quan sát khiến cho việc quản lý trở nên phức tạp hơn
nhiều.
2.2.2. Hiệu năng.
• Chi phí thấp – Công nghệ LIFI yêu cầu ít thành phần hơn so với công nghệ sử
dụng sóng điện từ.
• Sử dụng đèn LED để chiếu sáng thực sự rất hiệu quả (bóng đèn LED hiện nay
tiết kiệm hơn 50% điện năng so với bóng thông thường) và năng lượng dùng
cho truyền dẫn dữ liệu là không đáng kể.
• Truyền thông dưới nước – Việc truyền thông dưới nước với sóng vô tuyến rất
khó khăn nhưng LIFI có thể hoạt động tốt ở môi trường này
2.2.3. An toàn.
• An toàn – Không cần phải xem xét bất cứ vấn đề nào về an toàn hay sức khỏe
khi sử dụng công nghệ này.
• Không gây ảnh hưởng nguy hiểm – Việc truyền dẫn bằng sóng ánh sáng nhìn
thấy sẽ tránh được các nguy cơ gây nguy hiểm đến một 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 môi trường trong nhà (indoor), sẽ rất khó để có thể thu
thập hay do thám các tín hiệu LIFI do sóng ánh sáng không xuyên qua vật cản
và chỉ tập trung trong khu vực cần thiết.
• Điều khiển – Dữ liệu sẽ được chuyển trực tiếp từ một thiết bị sang thiết bị
khác và người sử dụng hoàn toàn có thể nhìn thấy và biết được dữ liệu của
mình đang được chuyển đi đâu, do vậy không cần thiết phải có các phương án
bảo mật liên kết nào khác như khi truyền thông với sóng điện từ.
23

24. 2.3. Hệ thống phát được sử dụng trong công nghệ mạng không dây
LIFI.
2.3.1 Mô hình thành phần phát.
Mô hình thành phần phát sử dụng LED làm nguồn sáng như sau:
Hình 2.3.Mô hình thành phần phát trong hệ thống LIFI
2.3.2. LED.
Với công nghệ ngày càng phát triển, LED đang được mong đợi như là
một thế hệ thiết bị chiếu sáng tiếp theo, thay thế cho các loại đèn huỳnh quang
(Flourescents Light) hiện tại do các lý do như giá thành rẻ, hiệu năng chiếu
sáng cao, tiết kiệm điện, tuổi thọ lâu dài. Chính vì vậy, chúng ta sẽ sử dụng
LED làm nguồn sáng dùng để thông tin trong hệ thống LIFI. Công suất chiếu
sáng tối thiểu của LED cho một văn phòng là từ 200 – 1000 (lux).
(Lux, (kí hiệu là lx) là một đơn vị đo cường độ chiếu sáng có thể cảm nhận
bởi mắt người thông qua một đơn vị diện tích.)
Nguyên lý hoạt động cơ bản của LED như sau:
Khi phân cực thuận cho LED sẽ có dòng bơm qua LED làm cho các điện tử
đang ở vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn. Đây là hiện tượng đảo mật độ do ở
điều kiện bình thường, nồng độ điện tử ở vùng hóa trị sẽ rất lớn so với nồng
độ điện tử ở vùng dẫn nhưng khi được kích thích, các điện tử nhảy mức năng
lượng làm cho nồng độ điện tử ở vùng dẫn lớn hơn so với nồng độ điện tử ở
vùng hóa trị. Đồng thời, dưới tác dụng của điện trường phân cực thuận, các
điện tử từ lớp N sẽ được khuếch tán sang lớp tích cực và các lỗ trống ở lớp P
cũng được khuếch tán sang lớp tích cực. Tại đây, các cặp điện tử và lỗ trống
sẽ tái hợp (re-combine) và phát xạ ra photon ánh sáng. Hiện tượng phát xạ ở
24

25. đây chủ yếu là hiện tượng phát xạ tự phát. Hiện tượng này được mô tả như
hình 2.4 dưới đây:
Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của LED.
Với mục đích kết hợp để chiếu sáng, loại LED được sử dụng trong LIFI
sẽ là LED đơn sắc (một trong ba màu RGB) và LED phát ánh sáng trắng
(White LED). Có hai cách thông dụng để tạo ra ánh sáng trắng tương ứng với
hai loại LED khác nhau: loại thứ nhất sử dụng một chip bán dẫn xanh (blue)
và sau đó được phủ thêm một lớp phosphor bên ngoài hay còn được gọi tên là
“LED màu trắng đơn chip”. Khi dòng điện được cung cấp cho chip LED màu
xanh, chip này sẽ phát ra ánh sáng xanh, phosphor sau đó được kích thích bởi
màu xanh và sẽ phát ra huỳnh quang màu vàng. Sự kết hợp hai loại màu này
sẽ tạo ra ánh sáng trắng. Loại thứ hai là LED cấu tạo với ba chip màu riêng
biệt R (~625nm), G (~525nm), B (~470nm), (Red Green Blue). Sau đó ba
màu này sẽ được trộn lại với nhau để tạo ra ánh sáng trắng.
25
Dải hóa trị
Dải cấm
Dải dẫn
Điện tử
Photon
ánh sáng
Lỗ trống
Bán dẫn loại nBán dẫn loại p

26. Hình 2.5 Hai loại LED phát ánh sáng trắng
Hình 2.6. Phổ phát xạ của (a) LED đơn chip và (b) LED RGB
LED đơn chip phủ phosphor sẽ có giá thành rẻ hơn, mạch điều khiển ít
phức tạp hơn tuy nhiên băng thông lại bị hạn chế, thêm nữa, lớp phosphor chỉ
phát xạ ánh sáng sau khi chip màu xanh phát xạ, do vậy tốc độ đáp ứng của
LED đơn chip sẽ thấp hơn so với LED RGB. Như chúng ta thấy trong hình
2.6 (a), LED đơn chip sẽ có băng thông hạn chế do ảnh hưởng của lớp
phosphor, do vậy ta có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách sử dụng một
bộ lọc (blue filter) ở phía thu trước khi ánh sáng được đưa đến photodiode.
Còn ở hình (b), LED RGB có thể cung cấp ba kênh truyền dẫn riêng biệt, mỗi
kênh ứng với một chip LED, thích hợp
cho WDM, nhưng một vấn đề cần chú ý đó là cần phải đảm bảo sự cân
bằng màu sắc của ánh sáng không bị thay đổi khi truyền dẫn thông tin với
LIFI.
26

27. Do LED được sử dụng vừa chiếu sáng vừa truyền thông nên ta cần phải
xác định hai đại lượng đó là cường độ chiếu sáng và công suất quang truyền
đi. Cường độ chiếu sáng được dùng để thể hiện độ sáng của một bóng đèn
LED còn công suất quang truyền dẫn chỉ ra tổng năng lượng phát xạ từ LED.
Cường độ chiếu sáng được tính bằng quang thông qua mỗi góc khối theo
(2.1):
(2.1)
Trong đó là quang thông và là góc không gian, có thể được tính từ theo
công thức (2.2):
(2.2)
Trong đó: là đường cong độ sáng tiêu chuẩn, là độ sáng tối đa vào khoảng
~680lm/W tại bước sóng 555nm.
Công suất quang truyền đi được tính theo công thức (2.3):
(2.3)
Với và được xác định dựa vào đường cong độ nhạy của diode tách
quang.
(lumen (ký hiệu là lm) là đơn vị SI dùng để đo tổng lượng quang thông
bức xạ từ nguồn sáng phát ra. Tuy nhiên quang thông khác với công suất,
quang thông phản ánh sự thay đổi độ nhạy ở mắt người đối với các bước
sóng khác nhau trong khi đó công suất quang cho ta thấy toàn bộ năng lượng
của ánh sáng được bức xạ ra dù cho mắt có cảm nhận được hay không)
2.4 Các phương pháp điều chế và điều chỉnh độ sáng trong LIFI
Như chúng ta đã biết, truyền thông bằng ánh sáng dựa trên phương
pháp điều chỉnh cường độ của ánh sáng. Bất kỳ sự thay đổi nào khi ta điều
chế ánh sáng để thông tin đều có thể gây ảnh hưởng không tốt (đôi khi là
nguy hiểm) với mắt người. Để tránh điều này, sự thay đổi cường độ ánh sáng
27

28. phải nằm trong khoảng thời thay đổi tối đa cho phép (Maximum Flickering
Time Period – MFTP).
MFTP được định nghĩa là thời gian tối đa mà cường độ ánh sáng có thể
thay đổi mà mắt người không thể cảm nhận được. Tần số thay đổi lớn hơn
200Hz (ứng với MFTP < 5ms) được coi là an toàn với mắt người, chính vì
vậy các phương pháp điều chế sử dụng trong LIFI sẽ phải chú ý đến giá trị
MFTP này.
Một vấn đề khác nữa, để tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả,
chúng ta phải sử dụng thêm một phương pháp điều chỉnh ánh sáng hỗ trợ
trong quá trình điều chế (Dimming Method - DS). Tức là cho phép người
dùng có thể tăng giảm độ sáng đến một giới hạn nào đó trong khi quá trình
truyền dẫn dữ liệu vẫn diễn ra.
2.4.1 Phương pháp điều chế khóa bật tắt On-Off Keying (OOK)
Phương pháp điều chế khóa bật tắt OOK là một phương pháp điều chế
rất phổ biến trong các hệ thống truyền dẫn không dây sử dụng tia hồng ngoại.
Phương pháp này đôi khi còn được gọi là mã hóa non-return-to-zero (NRZ).
Điều chế khóa tắt bật là một phương pháp điều chế hai mức bao gồm hai
ký hiệu tương ứng với mức công suất 2P hoặc 0. Tín hiệu có thể được biểu
diễn bằng hàm cơ sở với biểu thức (2.4) dưới đây:
(2.4)
Trong đó:
T là chu kỳ kí hiệu và rect(t) được tính như (2.5) :
(2.5)
Sử dụng hàm cơ sở này, ta có biểu thức cường độ sáng theo miền thời gian
được gửi qua kênh truyền theo biểu thức (2.6):
(2.6)
Với và được chọn thống nhất, biên độ trung bình của được đặt tại P do
phân bố của các ký tự. Không gian tín hiệu của OOK bao gồm hai điểm và
28

29. được mô tả như trong hình 2 Xác suất lỗi bit được xác định bằng biểu thức
(2.7):
Trong đó: tốc độ bit
Hình 2.7 Hàm cơ sở (a) và Không gian tín hiệu OOK (b)
Phương pháp điều chế này có nhược điểm đó là gây ra hiện tượng nhấp
nháy do nguyên tắc điều chế tắt bật nguồn sáng theo các bit 0, 1. Để khắc
phục hiện tượng này, tín hiệu sẽ được mã hóa với mã Manchester trước khi
đưa vào điều chế, bit 0 sẽ được ký hiệu bằng “01” và bit 1 sẽ được ký hiệu
bằng “10”. Do đó sẽ tạo ra được một bộ mã cân bằng số lượng bit 0 và 1,
tránh được hiện tượng nhấp nháy.
Việc điều chỉnh độ sáng trong OOK có thể thực hiện theo hai cách,
hoặc chúng ta thay đổi lại mức độ “bật”, “tắt” đối với các ký tự (có nghĩa
không cần thiết phải tắt hẳn hoàn nguồn sáng, mà chỉ cần đủ nhỏ để có thể
phân định rõ ràng giữa hai mức này) hoặc các mức này vẫn giữ nguyên và
thay đổi thời gian mức cao (duty-cycle) (tức thời gian tín hiệu ở mức cao/chu
kỳ) bằng cách chèn thêm các ký hiệu dư thừa (Compensation Symbols – CS)
vào để điều chỉnh tăng giảm độ sáng. Ví dụ nếu độ sáng của dữ liệu là A%
với chu kỳ T1 và các ký hiệu dư thừa có độ sáng B% với chu kỳ T2, độ sáng
trung bình N(%) sẽ được tính theo công thức (2.8):
(2.8)
29

30. Hai phương pháp trên đều có những ưu khuyết điểm riêng, đối với
phương pháp thứ nhất, đặt lại hai mức tắt bật sẽ giữ nguyên tốc độ bit không
đổi nhưng sẽ làm thay đổi hai mức độ, có thể gây ra hiện tượng thay đổi màu
sắc do phải tác động đến quá trình điều khiển LED. Đối với cách còn lại, hai
mức độ không đổi nhưng sẽ làm chậm tốc độ bit do đã chèn thêm bit dư thừa
vào.
Hình 2.8 cho thấy ví dụ sử dụng các ký hiệu dư thừa để làm tăng độ sáng, do
sử dụng mã Manchester để mã hóa nên thời gian mức cao luôn đạt 1/2 (tỉ lệ
bit 0 và 1 như nhau), nói cách khác mức độ sáng là 50%, ta sẽ chèn thêm các
ký hiệu dư thừa vào để tăng thời gian mức cao (tăng bit 1) khiến cho mức
sáng trung bình (Average Brightness – AB) cao hơn 50%.
Hình 2.8. Tăng độ sáng bằng 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 là phương pháp điều chế mới
hơn, là sự kết hợp của hai phương thức điều chế: điều chế vị trí xung (2 Pulse
Position Modulation – 2PPM) và điều chế độ rộng xung (Pulse Width
Modulation – PWM).
Trong phương pháp điều chế PPM, mỗi chu kỳ ký hiệu sẽ được chia
thành M chu kỳ con. Thông tin sẽ được gửi bằng cách truyền một cường độ
quang khác không trong một chu kỳ con, trong khi các chu kỳ con còn lại vẫn
giữ nguyên. Mỗi chu kỳ con sẽ không trùng lặp về thời gian, do đó mỗi ký
hiệu là trực giao với nhau. Ví dụ ta có không gian tín hiệu M = N, M-PPM ký
30

31. hiệu có thể được xem như một khối mã OOK với chu kỳ là MT trong đó
cường độ ra bằng không ngoại trừ trong chu kỳ T. Hàm cơ sở của M-PPM có
dạng (2.9):
(2.9)
Trong đó: và T là chu kỳ con.
Không gian tín hiệu của M-PPM là không gian Euclid M chiều với một
điểm tín hiệu trên mỗi trục M.
Hình 2.9. Hàm cơ sở của 2-PPM
Cường độ sáng gửi qua kênh truyền được tính theo biểu thức (2.10):
(2.10)
Trong đó sẽ chọn ký hiệu xuất hiện trong M. Các xung sẽ không âm
trong toàn bộ thời gian do cấu tạo của chúng.
Công suất quang trung bình của mỗi ký hiệu không đổi bằng P với công
suất đỉnh của mỗi ký hiệu là MP. Bởi các điểm trong không gian tín hiệu trực
giao và cách đều với nhau nên xác suất lỗi ký hiệu được tính theo (2.11):
(2.11)
Trong đó: là tốc độ ký hiệu. Do các điểm trong không gian tín hiệu trực
giao với nhau, xác suất lỗi ký hiệu có thể chuyển thành xác suất lỗi bit bằng
cách lũy thừa với . Như vậy, xác suất lỗi bit được tính theo (2.12):
(2.12)
Với tốc độ bit .
31

32. Hình 2.10. Mô hình VPPM cấu tạo từ 2-PPM với độ sáng 50% (a) và
PWM để điều chỉnh độ sáng (b)
Hình 2.11. Dạng sóng của tín hiệu VPPM với độ rộng xung 75%
Trong VPPM sử dụng PPM với M = 2 với mục đích tránh hiện tượng
nhấp nháy và PWM để điều chỉnh độ sáng và có thể cung cấp độ sáng tối đa.
Từ biến đổi (Variable) trong VPPM có nghĩa là sự thay đổi thời gian mức cao
(độ rộng xung) tùy theo mức độ sáng cần thiết. Bit 1 và 0 trong VPPM được
thể hiện bằng vị trí xung và có độ rộng xung giống nhau. Do trong VPPM, độ
sáng trung bình giữa bit 1 và 0 là không đổi nên tránh được hiện tượng nhấp
nháy. Trong hình 2.10b, độ rộng xung có thể được điều chỉnh để cung cấp độ
sáng theo yêu cầu. Hình 2.11 mô tả ví dụ dạng sóng của VPPM có thể đạt
được 75% độ sáng với bit 0 và 1 có độ rộng xung là 75%.
2.4.3 Phương pháp điều chế Khóa dịch màu (Color-Shift Keying)
Như ta đã biết, ánh sáng trắng từ LED có thể tạo ra theo hai cách, cách
thứ nhất sử dụng LED đơn chip xanh phủ phosphor. Tuy nhiên, lớp phosphor
này sẽ làm chậm quá trình đáp ứng của LED. Phương pháp khắc phục nhược
điểm này đó là sử dụng LED RGB và đối với loại LED này, chúng ta sẽ dùng
phương pháp điều chế khóa dịch màu CSK. Phương pháp điều chế CSK có
thể xem gần như tương đồng với phương pháp điều chế khóa dịch tần
32
Tải bản FULL (file word 66 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

33. (Frequency-Shift Keying – FSK) ở chỗ các đoạn bit được mã hóa với màu sắc
(bước sóng). Ví dụ như đối với điều chế 4-CSK (hai bit cho một ký hiệu), một
trong bốn bước sóng thích hợp (màu sắc) sẽ được sử dụng cho một cặp bit.
Trong phương pháp điều chế CSK sử dụng không gian màu CIE 1931 do Ủy
bạn quốc tế về chiếu sáng công bố để ánh xạ dữ liệu đầu vào thành cặp giá trị
tọa độ màu (xp, yp).
Giá trị tọa độ xy được xác định trong CIE 1931 thông qua ba đại lượng X, Y
và Z. Trong đó các giá trị X, Y, Z được bắt nguồn từ các thông số của ba loại
tế bào hình nón trong mắt người (có chức năng cảm nhận màu sắc trong ba
khoảng bước sóng, ngắn, trung bình và dài) mô tả ba tính chất của màu sắc:
Sắc độ(Sáng hay tối),Tông màu ,Độ bão hòa màu
Một quang phổ đơn sắc C với bước sóng được biểu diễn với ba giá trị này
như biểu thức (2.13):
(2.13)
Với là các hàm gán màu và có giá trị không âm.
Hình 2.12. Hàm gán màu XYZ
Hình 2.12 mô tả đường cong phổ của ba hàm gán màu (bắt nguồn từ ba
loại tế bào cảm nhận màu sắc hình nón) với bước sóng từ 380nm đến 700nm.
33
Tải bản FULL (file word 66 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

34. Trục tung là góc quan sát tiêu chuẩn (do các tế bào hình nón nhạy cảm nằm
trong một vòng cung 20
của hố mắt). Với là phân bố phổ màu, ta tính được
các giá trị X, Y, Z theo (2.14):
(2.14)
Giá trị của k được chọn sao cho Y = 1 hoặc Y = 100.
Từ đó, các giá trị x, y được tính như biểu thức (2.15):
(2.15)
Hai giá trị x, y mô tả tông màu, độ bão hòa của màu và độc lập với sắc
độ của màu.
Trong phương pháp điều chế CSK, chuẩn IEEE 802.15.7 đã chia phổ tần
thành 7 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 trong 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)
34
3557102