Đang tải... (xem toàn văn)
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 truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Communication –VLC) 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 truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy được và ứng dụng”.
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT- HÀN KHOA: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ-TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY ĐƯỢC VÀ ỨNG DỤNG Sinh viên thực : Nguyễn Duy Khánh Lớp : CCVT06A Khoá : 2013-2016 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Huyền Trang Đà Nẵng, tháng /2016 MỤC LỤC MỤC LỤC I THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .III DANH MỤC BẢNG BIỂU .V DANH MỤC HÌNH ẢNH .VI LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY – VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 1.1.GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2.KHÁI NIỆM VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 1.3.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 1.4.CÁC ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 1.4.1.Dung lượng 1.4.2.Hiệu 1.4.3.An toàn .8 1.4.4.Bảo mật 1.5.CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 1.6.KẾT LUẬN CHƯƠNG 10 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY 11 2.1.GIỚI THIỆU CHƯƠNG 11 2.2.THÀNH PHẦN PHÁT TRONG HỆ THỐNG VLC 11 2.3.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐỘ SÁNG TRONG VLC 14 2.3.1.Phương pháp điều chế khóa bật tắt On-Off Keying (OOK) 15 2.3.2.Phương pháp điều chế vị trí xung biến đổi (Variable Pulse Position Modulation – VPPM) 17 2.3.3.Phương pháp điều chế Khóa dịch màu (Color-Shift Keying) 19 2.4.KỸ THUẬT MÃ HÓA 22 2.5.MÔ HÌNH KÊNH 23 2.6.MÔ HÌNH KẾT NỐI 24 i 2.6.1.Mô hình kết nối Line of Sight 24 2.6.2.Mô hình kết nối None Line of Sight 25 2.7.NHIỄU TRONG VLC 26 2.7.1.Nhiễu nhiệt .26 2.7.2.Nhiễu nổ 26 2.7.3.Các yếu tố khác ảnh hưởng đến hệ thống VLC 27 2.8.PHẦN TỬ THU TRONG HỆ THỐNG VLC 27 2.8.1.Diode tách quang .28 2.8.2.Chip cảm biến hình ảnh (Image Sensor – IS) 30 2.8.3.Bộ tập trung quang 30 2.8.4.Bộ lọc quang 32 2.9.KẾT LUẬN CHƯƠNG 32 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ÁNH SÁNG NHÌN THẤY .33 III.1.GIỚI THIỆU CHƯƠNG 33 III.2.ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 33 III.2.1.Mô hình thiết bị đầu cuối ứng dụng VLC 33 III.2.2.Một số mô hình ứng dụng nghiên cứu thực 35 III.3.KẾT LUẬN CHƯƠNG 40 KẾT LUẬN .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO VIII NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .IX NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN X ii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AB APD Tiếng Anh Average Brightness Avalanche Photodiode AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate Comlementary Metal-Oxide- CMOS Semiconductor CPC Compound Parabolic Concentrator CS CSK DMT EU Compensation Symbol Color Shift Keying Discrete Multi-tone European Union Fraunhofer Insitute of FIT Tiếng Việt Mức sáng trung bình Diode tách quang thác Tạp âm Gaussian trắng cộng Tỉ lệ lỗi bit Vi mạch tích hợp Bộ tập trung quang parabol kết hợp Ký hiệu dư thừa Khóa dịch màu Đa âm rời rạc Liên minh Châu Âu Viện truyền thông FPS FOV Telecommunications Frame per Second Field of View FSO Free-Space Optical HD High-Definition Intensity Modulation/Direct không gian tự Độ phân giải cao Điều chế cường độ/tách Detection Infrared Intersymbol Interference Japan Electronics and Information sóng trực tiếp Hồng ngoại Xuyên nhiễu Hiệp hội công nghệ thông LED Technology Industries Association Light Emitting Diode tin điện tử Nhật Bản Diode phát quang Truyền thông không dây Li-Fi Light Fidelity sử dụng ánh sáng nhìn LOS Line of Sight MFTP Maximum Flickering Time Period thấy Đường nhìn thấy Thời gian nhấp nháy tối MIMO Multi-Input Multi-Output IM/DD IR ISI JEITA Fraunhofer Số khung hình giây Trường nhìn thấy Truyền dẫn quang đa Kỹ thuật truyền dẫn đa thu phát iii MLL NRZ Mesuared Level of Light None-Return-to-Zero Orthogonal Frequency-Division Mức ánh sáng đo Không trở Ghép kênh phân chia theo OOK Multiplexing On-Off Keying PLC Power Line Communication tần số trực giao Khóa bật tắt Truyền thông đường PLL Perceived Level of Light PoE Power over Ethernet PPM PSD RF SNR UV Pulse Position Modulation Power Spectral Density Radio Frequency Signal to Noise Ratio Ultra-Violet VLC Visible Light Communication VPPM Variable Pulse Position Modulation Wi-Fi Wireless Fidelity OFDM điện Mức độ sáng cảm nhận Cấp nguồn qua cáp Ethernet Điều chế vị trí xung Mật độ phổ công suất Sóng vô tuyến Tỉ số tín hiệu nhiễu Cực tím Truyền thông ánh sáng nhìn thấy Điều chế vị trí xung biến đổi Truyền thông không dây sử dụng sóng vô tuyến iv DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1.1 CHU TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ VLC BẢNG 2.1 CÁC DẢI MÀU TRONG KHÔNG GIAN MÀU CIE 1931 VỚI TỌA ĐỘ MÀU (X, Y) 21 BẢNG 3.1 CÁC ỨNG DỤNG VỚI MÔI TRƯỜNG TRONG NHÀ 34 BẢNG 3.2 MỘT VÀI THÔNG SỐ VỀ HỆ THỐNG MIMO CỦA ĐẠI HỌC OXFORD (2008) 36 v DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1 QUANG PHỔ ÁNH SÁNG NHÌN THẤY .2 HÌNH 1.2 NGƯỜI MỸ BẢN ĐỊA SỬ DỤNG TÍN HIỆU KHÓI HÌNH 1.3 HẢI ĐĂNG ALEXANDRIA HÌNH 1.4 PHÍA PHÁT CỦA PHOTOPHONE .4 HÌNH 1.5 PHÍA THU .5 HÌNH 1.6 TRUYỀN THÔNG VLC SỬ DỤNG BÓNG ĐÈN LED .5 HÌNH 1.7 DẢI TẦN CỦA SÓNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY .7 HÌNH 1.8 TRUYỀN THÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ PLC HÌNH 1.9 CẤP NGUỒN VÀ KẾT NỐI LED THÔNG QUA CÁP ETHERNET HÌNH 2.1 MÔ HÌNH THÀNH PHẦN PHÁT TRONG HỆ THỐNG VLC 11 HÌNH 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LED .12 HÌNH 2.3 HAI LOẠI LED PHÁT ÁNH SÁNG TRẮNG 13 HÌNH 2.4 PHỔ PHÁT XẠ CỦA (A) LED ĐƠN CHIP VÀ (B) LED RGB 13 HÌNH 2.5 MỐI QUAN HỆ GIỮA PLL VÀ MLL 15 HÌNH 2.6 HÀM CƠ SỞ (A) VÀ KHÔNG GIAN TÍN HIỆU OOK (B) 16 HÌNH 2.7 HÀM CƠ SỞ CỦA 2-PPM 18 HÌNH 2.8 HÀM GÁN MÀU XYZ 20 HÌNH 2.9 KHÔNG GIAN MÀU CIE VỚI HAI TRỤC XY VÀ DẢI MÀU (000 ĐẾN 110) 22 HÌNH 2.10.KHỐI MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ VPPM 23 HÌNH 2.11 MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN VLC IM/DD 23 HÌNH 2.12 MINH HỌA MÔ HÌNH KẾT NỐI WIDE-LOS (FOV RỘNG) .25 HÌNH 2.13 MINH HỌA MÔ HÌNH KẾT NỐI NARROW-LOS (FOV HẸP) 25 HÌNH 2.14 MINH HỌA MÔ HÌNH KẾT NỐI NLOS 25 HÌNH 2.15 CÁC BƯỚC THU TÍN HIỆU VLC 28 vi HÌNH 2.16 CẤU TRÚC DIODE PIN 28 HÌNH 2.17 CẤU TRÚC DIODE THÁC APD .29 HÌNH 2.18 CHIP CẢM BIẾN HÌNH ẢNH CMOS 30 HÌNH 2.19 BỘ TẬP TRUNG QUANG CPC 31 HÌNH 2.20 QUÁ TRÌNH PHẢN XẠ TẠI CPC 31 HÌNH 3.1 MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI VỚI MÔI TRƯỜNG TRONG NHÀ 33 HÌNH 3.2 MÔ HÌNH TRUYỀN DẪN VỚI MÔI TRƯỜNG NGOÀI TRỜI 34 HÌNH 3.3 MÔ HÌNH DỰ ÁN OMEGA 35 HÌNH 3.4 MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VLC CỦA VIỆN TRUYỀN THÔNG FRAUNHOFER 36 HÌNH 3.5 MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN MIMO CỦA ĐẠI HỌC OXFORD (2008) 37 HÌNH 3.6 MÔ HÌNH TRUYỀN DẪN CỦA ĐẠI HỌC NAGOYA .38 HÌNH 3.7 CAMERA THU GẮN TRONG XE (A) VÀ BẢNG LED PHÁT (16X16) 38 HÌNH 3.8 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ NGUỒN PHÁT (A) VÀ CẮT BỎ HÌNH ẢNH THỪA (B) 39 HÌNH 3.9 BÓNG ĐÈN ĐƯỢC GẮN DƯỚI KỆ HÀNG (A) VÀ XE ĐẨY HÀNG GẮN MÁY THU (B) 40 HÌNH 3.10 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ ĐÈN (A) VÀ TỐC ĐỘ DI CHUYỂN TRONG SIÊU THỊ (B) 40 vii Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, mạng truyền thông không dây sử dụng sóng vô tuyến làm phương tiện truyền dẫn Mặc dù phát triển với tốc độ ngày tăng công nghệ có số hạn chế băng thông tới lúc cạn kiệt (do nhu cầu sử dụng tăng nhanh), hạn chế sử dụng số môi trường bệnh viện (dễ ảnh hưởng tới độ xác chế độ hoạt động thiết bị y tế), sử dụng gần khu vực không lưu sân bay đặc tính sóng vô tuyến gây nhiễu lên điều hành máy bay… Mặt khác, phát triển mạnh mẽ Diode phát quang (Light Emitting Diode – LED) với nhiều ưu điểm hiệu chiếu sáng cao, tiết kiệm điện giúp thực hóa ý tưởng sử dụng ánh sáng nhìn thấy để truyền dẫn thông tin Công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Communication –VLC) xem lời giải cho toán băng thông nhược điểm khác công nghệ truyền thông sử dụng sóng vô tuyến với băng thông sử dụng gần không giới hạn, không gây xuyên nhiễu nên sử dụng môi trường bệnh viện, sân bay Đặc biệt xây dựng hạ tầng vừa dùng để chiếu sáng vừa dùng để truyền thông sử dụng nguồn phát ánh sáng bóng đèn LED Vì vậy, em chọn lựa đề tài đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng” Nội dung đồ án bao gồm ba phần sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy Chương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền thông ánh sáng nhìn thấy Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy Do thời gian hiểu biết hạn chế nên chắn đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót Em mong nhận dẫn thầy cô giáo ý kiến góp ý bạn độc giả để đồ án hoàn thiện Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Huyền Trang trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY – VISIBLE LIGHT COMMUNICATION 1.1 Giới thiệu chương Hiện việc sử dụng sóng vô tuyến, tia hồng ngoại (infra-red) hay laser để truyền liệu không xa lạ Nhưng việc sử dụng ánh sáng dải nhìn thấy để truyền dẫn thông tin ý tưởng công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Communication) nhà khoa học nỗ lực nghiên cứu phát triển Chương I trình bày cách tổng quan công nghệ hứa hẹn tương lai 1.2 Khái niệm Visible Light Communication Visible Light Communication (VLC) – Truyền thông ánh sáng nhìn thấy sử dụng phần ánh sáng nhìn thấy để truyền thông tin, để so sánh VLC gần giống công nghệ truyền thông không dây (ví dụ Wi-Fi) sử dụng tín hiệu sóng điện từ (Radio Frequency – RF) để truyền liệu Ánh sáng nhìn thấy (Visible Light) dạng sóng với bước sóng nằm khoảng mắt người nhận biết Các bước sóng nằm khoảng từ 380nm đến 750nm Hình 1.1 cho ta thấy bước sóng ánh sáng gắn với tông màu mà mắt thường nhìn thấy Hình 1.1 Quang phổ ánh sáng nhìn thấy Với VLC, liệu truyền cách điều chế cường độ ánh sáng không mắt người bình thường nhận biết thay đổi Ánh sáng mang theo liệu đến phía thu nhận Photo-sensitive Detector (PD) chip cảm biến hình ảnh (CMOS) giải điều chế chuyển đổi từ tín hiệu quang thành tín hiệu điện VLC nhánh công nghệ truyền thông không dây quang (Optical Wireless Communications – OWC) OWC sử dụng tia hồng ngoại (infraSVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Trong VLC thường sử dụng Diode Pin APD silicon với độ nhạy quang từ 190nm đến 1000nm, phù hợp với khoảng bước sóng VLC 2.8.2 Chip cảm biến hình ảnh (Image Sensor – IS) Chip cảm biến hình ảnh sử dụng VLC loại chip cảm biến điểm ảnh chủ động (Active Pixel Sensor) hay gọi CMOS, loại chip sử dụng rộng rãi, tích hợp smart phone, máy ảnh Cấu tạo chip cảm biến hình ảnh CMOS chứa bảng cảm biến điểm ảnh (pixel) Ánh sáng chiếu qua ống kính lưu lại điểm ảnh Mỗi điểm ảnh lại có mạch tích hợp chứa diode tách sóng quang, khuếch đại số chi tiết khác Cường độ ánh sáng sau chuyển thành tín hiệu điện giải điều chế Ưu điểm chip cảm biến hình ảnh có nhiều nguồn sáng khác gửi liệu đồng thời, chip cảm biến nhận giải điều chế tất mà nhiễu Hình 2.18 Chip cảm biến hình ảnh CMOS 2.8.3 Bộ tập trung quang Tác dụng tập trung quang tập trung ánh sáng vào máy thu Bộ tập trung quang thường sử dụng VLC tập trung quang CPC (Compound Parabolic Concentrator) SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 30 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Hình 2.19 Bộ tập trung quang CPC Cấu tạo tập trung quang CPC hình 2.26, gồm có hai gương parabol (AD BC) Góc góc chấp nhận, tia sáng tới có góc tới nhỏ , phản xạ tới AB, góc tới lớn , tia sáng bị phản xạ Xét ví dụ với ba tia sáng tới tập trung CPC mô tả hình 2.29 Hình 2.20 Quá trình phản xạ CPC SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 31 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Tia có góc tới phản xạ tới AB, tia có góc tới bị phản xạ Đối với tập trung quang CPC chiều, tỉ số tập trung tối đa C tính theo công thức: (2.25) 2.8.4 Bộ lọc quang Dùng để loại bỏ ánh sáng từ nguồn bên (ánh sáng mặt trời, ánh sáng đèn) ánh sáng khác gây nhiễu Ngoài sau tín hiệu qua khuếch đại trước giải điều chế 2.9 Kết luận chương Chương II trình bày cách chi tiết cụ thể phần tử cấu thành nên hệ thống VLC Do có hai loại thành phần thu khác (Diode tách quang Chip cảm biến hình ảnh), nên ứng dụng chia hướng khác tùy theo lựa chọn thành phần thu Chương trình bày số ứng dụng thực tế nghiên cứu triển khai hệ thống VLC SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 32 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ÁNH SÁNG NHÌN THẤY III.1 Giới thiệu chương Trong chương trước trình bày chi tiết thành phần thu phát kênh truyền hệ thống VLC Trong chương trình bày số ứng dụng sử dụng công nghệ VLC môi trường nhà trời III.2 Ứng dụng công nghệ Visible Light Communication III.2.1 Mô hình thiết bị đầu cuối ứng dụng VLC Hình 3.1 Mô hình thiết bị đầu cuối với môi trường nhà Với liên kết đầu cuối khác nhau, ứng dụng triển khai dịch vụ khác ứng với tốc độ truyền dẫn khác truyền liệu, chia sẻ nội dung, truyền video, định vị, điều khiển SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 33 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Cụ thể số loại dịch vụ tương ứng đưa bảng sau: Bảng 3.1 Các ứng dụng với môi trường nhà Kết nối Khoảng cách Tốc độ Di động – Di động Di động – Cố định Hai chiều Hai chiều Vài mét ~100Mbps Di động – LED Cố định – LED Hai chiều Hai chiều chiều chiều Vài mét Vài mét Vài mét ~100Mbps ~10Mbps ~10Mbps Truyền Video Định vị Broadcast Thương mại điện Điều khiển liệu Truyền liệu Ứng dụng Chia sẻ nội dung tử di động Đối với môi trường truyền dẫn trời, thiết kế mô hình hệ thống truyền dẫn gồm cột đèn chiếu sáng, đèn giao thông, hình quảng cáo truyền thông với phương tiện giao thông thiết bị di động Hình 3.2 Mô hình truyền dẫn với môi trường trời SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 34 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng III.2.2 Một số mô hình ứng dụng nghiên cứu thực • Hệ thống truyền dẫn liệu tốc độ cao nhà Một dự án quan trọng ứng dụng công nghệ VLC với mục đích xây dựng mạng truy nhập tốc độ cao (Gb/s) dự án OMEGA Công nghệ VLC kết hợp với công nghệ truyền dẫn đường điện PLC, Wifi, Hồng ngoại để cung cấp mạng truy nhập không dây mà không cần thêm kết nối khác Được tài trợ EU, dự án viện truyền thông Fraunhofer, công ty Siemens France Telecom nghiên cứu thực Hình 3.3 Mô hình dự án OMEGA Năm 2008, họ thực truyền dẫn thành công với hệ thống thu phát sử dụng LED đơn chip phủ phosphor Diode PIN, điều chế OOK, khoảng cách truyền dẫn ngắn (1cm) cường độ chiếu sáng 700lux, tốc độ đạt 40Mb/s Năm 2009, hệ thống cải thiện, khoảng cách truyền dẫn tăng lên 5m, cường độ sáng nằm dải chuẩn dành cho môi trường văn phòng, tốc độ đạt 125Mb/s Năm 2010, với việc sử dụng Diode APD, tốc độ đạt 230 Mb/s lên đến 500Mb/s, tốc độ nói nhanh vào cuối năm 2010 SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 35 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Hình 3.4 Mô hình hệ thống truyền dẫn VLC viện truyền thông Fraunhofer • Hệ thống truyền dẫn VLC Multiple-input Multiple-Output (MIMO) Truyền dẫn MIMO triển khai cách sử dụng bảng gắn nhiều LED, tín hiệu truyền đến tập trung quang, chia tín hiệu đến Diode tương ứng Hệ thống truyền dẫn VLC MIMO triển khai trường đại học Oxford Năm 2008, hệ thống thiết lập tsử dụng 16 đèn LED trắng (4x4) với tốc độ đạt 40Mb/s Một số thông số hệ thống bảng (3.2) Năm 2009, hệ thống tiếp tục cải thiện đạt tốc độ 100Mb/s với việc sử dụng hệ thống phát gồm LED phát, Diode thu kết hợp với phương pháp OFDM MIMO truyền kênh với tốc độ 230Mb/s qua khoảng cách 1m Bảng 3.2 Một vài thông số hệ thống MIMO đại học Oxford (2008) Phát Thu Kết nối 16 đèn Luxeon LED (4x4) P = 1.5W Bộ tập trung Khoảng cách pixel (F= 60mm, D=50mm) = 60mm Diode tách quang IDC = 220mA Bộ lọc xanh LLOS = 2m Băng thông điều chế 25MHz (OOK) SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 36 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Hình 3.5 Mô hình hệ thống truyền dẫn MIMO đại học Oxford (2008) • Truyền dẫn người dùng di động camera với chip cảm biến hình ảnh Ý tưởng mô hình tín hiệu phát đèn giao thông bảng quảng cáo, phương tiện giao thông người sử dụng di chuyển sử dụng camera (vốn tích hợp nhiều thiết bị điện tử cầm tay) để thu nhận tín hiệu Các ứng dụng triển khai broadcast thông tin, định vị, dẫn đường Nhật Bản nước đầu hướng nghiên cứu này, hướng nghiên cứu tập trung vào môi trường trời thay sử dụng Diode tách quang, họ sử dụng chip cảm biến hình ảnh ưu điểm khoảng cách truyền dẫn xa (lên đến ~km), nhận xử lý nhiều tín hiệu độc lập lúc mà xuyên nhiễu, tích hợp nhiều đa số thiết bị điện tử Đại học Nagoya nơi triển khai mô hình ứng dụng truyền dẫn liệu từ LED đến phương tiện xe di chuyển (2005) SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 37 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Hình 3.6 Mô hình truyền dẫn đại học Nagoya Hình 3.7 Camera thu gắn xe (a) Bảng LED phát (16x16) Hình 3.7 mô tả hệ thống thu phát với camera thu gắn khoảng ghế lái ghế phụ, máy thu di chuyển với vận tốc 30km/h, khoảng cách từ 20m – 50m điều kiện thời tiết bình thường, camera có tốc độ chụp 1000fps, độ phân giải 1024x1024 pixel Hệ phát gồm bảng 256 LED đỏ (16x16) với băng thông điều chế 500MHz (các đèn LED điều chế cách độc lập) Thuật toán thu xử lý ảnh sau: (1) Sau lấy khung hình từ chuỗi khung hình, xác định vị trí nguồn phát (việc xác định vị trí nguồn phát dựa giả thiết cảnh vật xung quanh không thay đổi thời gian 1ms có LED điều chế với tốc độ cao thay đổi) (2) Loại bỏ tất hình ảnh lại xung quanh nguồn phát (bước thực nhằm giảm bớt liệu tính toán số lượng khung hình phải xử lý nhiều) (3) Đưa vào xử lý ảnh thực xử lý khung hình giải điều chế SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 38 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng (4) Đến khung hình bỏ diện tích giống khung hình cũ (chỉ xác định lại cần thiết) (5) Nếu không tìm thấy nguồn phát, quay lại bước (1) Hình 3.8 Xác định vị trí nguồn phát (a) Cắt bỏ hình ảnh thừa (b) Năm 2008, hệ thống đạt tốc độ 4kb/s với phương tiện di chuyển khoảng 30km/h Vào năm 2009, hệ thống cải tiến đạt tốc độ 2Mb/s với khoảng cách 60m 1Mb/s với khoảng cách 40m • Một số ứng dụng khác Ngoài ứng dụng nhiều ứng dụng khác định vị môi trường nhà với thông tin chi tiết vị trí phòng tòa nhà Mỗi ánh sáng có ID khác ID ví trí cụ thể đó, hệ thống sử dụng tàu điện ngầm, khu mua sắm lớn bệnh viện, nơi sử dụng sóng vô tuyến, hệ thống ID cung cấp thông tin tương ứng theo vị trí cho người sử dụng, phù hợp dùng trường hợp khẩn cấp hay ứng dụng để thu thập khảo sát thông tin lưu lượng, ví dụ khảo sát thời gian di chuyển quầy hàng siêu thị Fujiya Shizuoka, Nhật Bản Ở siêu thị này, bóng đèn lắp trần nhà quầy hàng đóng vai trò nguồn phát ID Máy thu gắn bên xe đẩy hàng Các ID (bao gồm thông tin vị trí thời gian) lưu trữ thẻ nhớ xe qua gian hàng SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 39 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng Hình 3.9 Bóng đèn gắn kệ hàng (a) xe đẩy hàng gắn máy thu (b) Sau đó, thông tin ID thống kê phân tích để tính toán lưu lượng lưu thông siêu thị Hình 3.10 Sơ đồ bố trí đèn (a) tốc độ di chuyển siêu thị (b) III.3 Kết luận chương Công nghệ truyền thông ánh sáng VLC nói riêng công nghệ truyền thông quang không dây nói chung ngày chứng tỏ ưu điểm sức mạnh lĩnh vực ứng dụng Mặc dù vậy, nhiều thời gian để công nghệ VLC thực phổ biến chưa xây dựng đầy đủ tiêu chuẩn giao thức sở hạ tầng phục vụ cho việc triển khai Hy vọng tương lai gần, công nghệ ứng dụng rộng rãi khắc phục nhược điểm tồn công nghệ cũ SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 40 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng KẾT LUẬN Tóm lại, công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Communication – VLC) đạt thành công định (tốc độ truyền dẫn lên đến hàng Gb/s) với nhiều ứng dụng hấp dẫn (truyền dẫn liệu, định vị, broadcast liệu, điều khiển, đo lường, truyền thông nước), hứa hẹn làm thay đổi mở kỷ nguyên cho công nghệ truyền thông không dây Tuy có nhiều ưu điểm công nghệ chưa chuẩn hóa cách đầy đủ thiếu sở hạ tầng để triển khai rộng rãi Vì cần thêm nhiều thời gian nghiên cứu đầu tư để công nghệ sớm áp dụng vào sống Mặc dù cố gắng việc nghiên cứu thực đồ án, thời gian hiểu biết em hạn chế nên đồ án dừng lại mức lý thuyết, mà chưa kịp thực triển khai ứng dụng vào thực tế việc cần thêm nhiều kiến thức hiểu biết lĩnh vực công nghệ khác Đồng thời, đồ án chắn không tránh khỏi thiếu sót, nên em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô, từ bạn quý thầy cô quan tâm để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Ngô Thị Thu Trang, Cao Hồng Sơn, Nguyễn Thành Nam, “Kỹ thuật thông tin sợi quang”, Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, Hà Nội, 6/2010 Tiếng Anh: [2] Z Ghassemlooy, W Popoola, S Rajbhandari, “Optical Wireless Communications: System and Channel Modelling with MATLAB”, chapter 08 Visible Light Communication, page 443-496, CRC Press, 2012 [3] HAMAMATSU, “Si Photodiodes”, Selection guide, 8/2011 [4] Hoa Le Minh, D.C O’Brien, G E Faulkner, L Zeng, K Lee, D Jung and Y Oh, “80Mbit/s Visible Light Communications Using Pre-Equalized White LED”, in 34th European Conference on Optical Communication, pages 1-2, 9/2008 [5] J Grubor, K –D Langer, S C J Lee, T Koonen and J W Walewski, “Wireless High-Speed Data Transmission with Phosphorescent White-Light LEDs”, in 33rd European Conference and Exhibition of Optical Communication, pages 1-2, 9/2007 [6] Y Matsumoto, T Hara and Y Kimura, “CMOS Photo-Transitor Array Detection System for Visual Light Identification (ID)”, in th International Conference on Netwworked Sensing Systems, page 99-102, 6/2008 [7] S Haruyama, Japan’s Visible Light Communications Consortium and Its Standardization Activites www.mentor.ieee.org/802.15/dcn/08/15-08-0061-00-0vlcjapan-s-visible-light-communications-consortium-and-its.pdf, 2008 [8] S Hrarilovic, “Wireless Optical Communication System”, Springer, 9/2004 [9] S Iwasaki, C Premachadra, T.Endo, T Fujii, M Tanimoto and Y Kimura, “Visible Light Road-to-Vehicle Communication Using High-Speed Camera”, in IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pages 13-18, 6/2008 [10] Sridhar Rajagopal, Richard D Robert, Sang-Kyu Lim, “IEEE 802.15.7 Visible Light Communication: Modulation Schemes and Dimming Support”, in IEEE Communication Magazine, pages 72-82, 3/2012 Và thông tin số Website: [11] http://www.pureVLC.com/ [12] http://www.vlcc.net/ [13] http://www.visiblelightcomm.com/ viii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm: …………………….……… (Bằng chữ: … ……………….) Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Thị Huyền Trang ix NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm: …………………….……… (Bằng chữ: … ……………….) Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016 GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN x ... Tổng quan công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy Chương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền thông ánh sáng nhìn thấy Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy Do thời... Khánh_CCVT06A 10 Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY 2.1 Giới thiệu chương Trong chương trước, có nhìn. .. nghiệp SVTH: Nguyễn Duy Khánh_CCVT06A Nghiên cứu công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy ứng dụng CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY – VISIBLE LIGHT COMMUNICATION