Luận văn thạc sĩ kỹ thuật viễn thông mở rộng băng thông điều chế của oled sử dụng bộ cân bằng tích cực

Luận văn thạc sĩ trình bày phương pháp mở rộng băng thông điều chế OLED bằng bộ cân bằng tích cực, ứng dụng trong kỹ thuật viễn thông.

• Tác giả: Lưu Thái Trân
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Quang Thái
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
• Đề tài: Mở Rộng Băng Thông Điều Chế Của OLED Sử Dụng Bộ Cân Bằng Tích Cực
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu
• 1.2. Các đóng góp của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Kỹ thuật Equalizer
• 2.1.1. Mạch lọc thông thấp RC thụ động
• 2.1.2. Mạch lọc thông cao RC thụ động
• 2.1.3. Mạch lọc thông dải RC thụ động
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH
• 3.1. Phương pháp tiếp cận
• 3.2. Kết quả và phân tích
• 3.2.1. Đáp ứng tần số của hệ thống với mạch Pre-Equalizer
• 3.2.2. So sánh và phân tích kết quả
• 3.2.3. Kết quả đo đạc tín hiệu với xung vuông
• 3.3. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN CHUNG
• 4.1. Tóm tắt và kết luận chung
• 4.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về băng thông điều chế OLED

Băng thông điều chế của OLED là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển các hệ thống truyền thông quang không dây (VLC). Việc mở rộng băng thông điều chế của OLED có thể giúp tăng tốc độ truyền tải dữ liệu, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Luận văn này tập trung vào việc sử dụng bộ cân bằng tích cực để cải thiện đáp ứng tần số của OLED, từ đó nâng cao băng thông điều chế. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng mạch Pre-Equalizer có thể làm phẳng đáp ứng tần số, giúp giảm thiểu các biến dạng tín hiệu và cải thiện chất lượng truyền tải. Cụ thể, kết quả cho thấy băng thông điều chế có thể được nâng cao đáng kể, từ 4,1 kHz lên 17,5 kHz khi áp dụng mạch Pre-Equalizer. Điều này cho thấy sự quan trọng của việc thiết kế và tối ưu hóa các mạch điện tử trong hệ thống VLC.

1.1. Tầm quan trọng của OLED trong truyền thông

Công nghệ OLED đang trở thành lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng truyền thông nhờ vào nhiều ưu điểm như khả năng phát sáng đồng đều và tiết kiệm năng lượng. Với sự phát triển của kỹ thuật viễn thông, việc cải thiện băng thông của OLED trở nên cần thiết để đáp ứng nhu cầu truyền tải dữ liệu ngày càng cao. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng bộ cân bằng tích cực có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của OLED. Theo đó, việc áp dụng các mạch điện tử như mạch Pre-Equalizer giúp làm phẳng đáp ứng tần số, từ đó gia tăng băng thông điều chế. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất truyền tải mà còn mở ra nhiều khả năng ứng dụng mới cho công nghệ OLED trong các hệ thống truyền thông hiện đại.

II. Phân tích mạch Pre Equalizer

Mạch Pre-Equalizer đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa đáp ứng tần số của hệ thống VLC sử dụng OLED. Mạch này giúp loại bỏ các tần số không mong muốn và tăng cường độ lợi tín hiệu, từ đó cải thiện băng thông điều chế. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng Pre-Equalizer giúp giảm thiểu các biến dạng tín hiệu do điện dung lớn của thiết bị OLED gây ra. Kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng băng thông có thể được nâng cao từ 4,1 kHz lên 17,5 kHz, cho thấy sự hiệu quả của mạch này trong việc tối ưu hóa hệ thống. Hơn nữa, mạch Pre-Equalizer cũng giúp cải thiện độ ổn định của tín hiệu trong quá trình truyền tải, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao.

2.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của mạch Pre Equalizer

Mạch Pre-Equalizer được thiết kế với mục tiêu làm phẳng đáp ứng tần số của hệ thống truyền thông. Cấu trúc của mạch thường bao gồm các thành phần như điện trở, tụ điện và các bộ khuếch đại, giúp điều chỉnh tín hiệu trước khi được đưa vào OLED. Nguyên lý hoạt động của mạch dựa trên việc điều chỉnh độ lợi tín hiệu ở các tần số khác nhau, từ đó cải thiện băng thông điều chế. Việc sử dụng mạch Pre-Equalizer không chỉ giúp nâng cao băng thông mà còn giảm thiểu các ảnh hưởng tiêu cực từ điện dung lớn của thiết bị, giúp tín hiệu truyền tải ổn định hơn. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa thiết kế mạch là rất quan trọng trong việc phát triển các hệ thống truyền thông hiệu quả.

III. Kết quả và phân tích

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng mạch Pre-Equalizer đã cải thiện đáng kể đáp ứng tần số của hệ thống VLC sử dụng OLED. Các số liệu đo đạc cho thấy rằng băng thông điều chế của hệ thống đã được nâng cao từ 4,1 kHz lên 17,5 kHz, điều này chứng tỏ hiệu quả của việc sử dụng bộ cân bằng tích cực. Đặc biệt, đáp ứng tần số của hệ thống trở nên phẳng hơn, giúp giảm thiểu các biến dạng tín hiệu và cải thiện chất lượng truyền tải. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao, nơi mà tín hiệu cần được truyền tải một cách chính xác và ổn định. Hơn nữa, việc so sánh giữa các phương pháp khác nhau cho thấy rằng mạch Pre-Equalizer là lựa chọn tối ưu nhất trong việc cải thiện băng thông điều chế của OLED.

3.1. So sánh kết quả giữa các phương pháp

Khi so sánh các phương pháp khác nhau trong việc cải thiện băng thông điều chế của OLED, kết quả cho thấy rằng mạch Pre-Equalizer mang lại hiệu quả cao nhất. Các phương pháp như Pre-Emphasis đã được sử dụng trước đây, nhưng vẫn còn tồn tại một số hạn chế nhất định trong việc làm phẳng đáp ứng tần số. Ngược lại, mạch Pre-Equalizer không chỉ giúp nâng cao băng thông mà còn cải thiện độ ổn định của tín hiệu. Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng băng thông có thể được nâng cao lên đến 4,2 lần so với các phương pháp trước đó. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế mạch là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực viễn thông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghệ 4.0 phát triển mạnh mẽ, nhu cầu truyền tải dữ liệu không dây ngày càng tăng cao, dẫn đến sự bùng nổ về số lượng thiết bị truy cập và lưu lượng mạng. Theo ước tính, phổ tần số vô tuyến (RF) đang dần trở nên hạn chế, đắt đỏ và không đáp ứng được tốc độ kết nối ngày càng cao. Do đó, truyền thông quang không dây (OWC), đặc biệt là công nghệ truyền dữ liệu bằng ánh sáng nhìn thấy (VLC), được xem là giải pháp tiềm năng để bổ sung cho các hệ thống truyền sóng vô tuyến truyền thống. VLC tận dụng phổ ánh sáng nhìn thấy từ 380nm đến 750nm với tổng tài nguyên băng thông lên đến khoảng 670THz, gấp hơn 10.000 lần băng thông của phổ RF băng tần 60GHz.

OLED (Organic Light-Emitting Diode) được ứng dụng trong hệ thống VLC nhờ ưu điểm về chiếu sáng và khả năng điều chế ánh sáng. Tuy nhiên, OLED hiện tại có băng thông điều chế thấp, khoảng 4,1kHz, hạn chế tốc độ truyền dữ liệu và phạm vi ứng dụng. Các nghiên cứu trước đây đã tăng băng thông điều chế OLED từ 7kHz lên 500kHz, tương đương tăng khoảng 71 lần, nhưng đáp ứng tần số vẫn chưa phẳng, gây méo tín hiệu và giới hạn hiệu suất hệ thống.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và thử nghiệm mạch Pre-Equalizer nhằm cải thiện độ phẳng đáp ứng tần số của OLED trong hệ thống VLC, từ đó mở rộng băng thông điều chế và nâng cao chất lượng truyền tín hiệu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống VLC sử dụng OLED có băng thông điều chế 4,1kHz, khảo sát trong phòng thí nghiệm với khoảng cách truyền 15cm, thời gian nghiên cứu từ năm 2018 đến 2019. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các hệ thống truyền thông quang không dây tốc độ cao, góp phần giảm tải cho phổ RF và nâng cao hiệu quả truyền dữ liệu trong môi trường đô thị và trong nhà.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết mạch Equalizer: Mạch Equalizer được sử dụng để cân bằng và cải thiện đáp ứng tần số của tín hiệu, giúp làm phẳng đáp ứng tần số và mở rộng băng thông truyền dẫn. Mạch Pre-Equalizer được đặt ở phía đầu phát nhằm tăng cường tín hiệu ở vùng tần số mong muốn, loại bỏ các thành phần tần số không cần thiết.

• Mô hình mạch lọc RC thụ động: Bao gồm mạch lọc thông thấp, thông cao và thông dải, được kết hợp với bộ khuếch đại thuật toán để tạo ra mạch Pre-Equalizer có đáp ứng tần số rộng và phẳng. Các mạch lọc này được thiết kế dựa trên các thông số tần số cắt và hệ số khuếch đại phù hợp với đặc tính của OLED.

• Khái niệm băng thông điều chế và đáp ứng tần số của OLED: OLED có đặc tính điện dung lớn do kích thước bảng điều khiển, làm giới hạn băng thông điều chế. Đáp ứng tần số 3dB của OLED trong nghiên cứu là khoảng 4,1kHz. Việc cải thiện băng thông đòi hỏi thiết kế mạch cân bằng để bù đắp điện dung và làm phẳng đáp ứng tần số.

• Mô hình mạch lái OLED sử dụng transistor MOSFET IRF3205: Transistor công suất trường MOSFET được sử dụng để điều khiển dòng điện qua OLED, đảm bảo tín hiệu đầu ra đủ mạnh và ổn định với băng thông làm việc tối đa khoảng 34MHz.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các phép đo thực nghiệm trên hệ thống VLC sử dụng OLED với mạch Pre-Equalizer được thiết kế. Tín hiệu đầu vào là sóng sin và xung vuông, được phát qua mạch Pre-Equalizer và mạch lái OLED. Tín hiệu thu được bởi photodiode PDA410A/M của Thorlab, có băng thông tối đa 10MHz.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus để thiết kế và kiểm tra đáp ứng tần số của các mạch lọc RC và mạch Pre-Equalizer. Thực nghiệm đo đạc đáp ứng tần số và tín hiệu đầu ra tại các tần số khác nhau từ 500Hz đến 50kHz. So sánh kết quả với hệ thống không sử dụng mạch Pre-Equalizer và hệ thống sử dụng mạch Pre-Emphasis từ nghiên cứu trước.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu bắt đầu từ tháng 8/2018, hoàn thành thiết kế mạch và mô phỏng trong năm 2019, tiến hành đo đạc thực nghiệm và phân tích kết quả đến tháng 12/2019.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Hệ thống thử nghiệm được xây dựng trong phòng thí nghiệm với khoảng cách truyền 15cm, sử dụng một bộ OLED và photodiode duy nhất để đảm bảo tính nhất quán và kiểm soát các yếu tố môi trường như ánh sáng huỳnh quang.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mở rộng băng thông điều chế OLED: Sử dụng mạch Pre-Equalizer đã nâng băng thông điều chế của hệ thống từ 4,1kHz lên 17,5kHz, tương đương tăng 4,2 lần. Đây là bước tiến đáng kể so với băng thông 7kHz của các nghiên cứu trước.

2. Đáp ứng tần số phẳng hơn: Đáp ứng tần số của OLED khi qua mạch Pre-Equalizer được cải thiện rõ rệt, phẳng hơn đáng kể so với mạch Pre-Emphasis. Tín hiệu đầu ra tại các tần số từ 500Hz đến 17,5kHz duy trì ổn định với độ méo thấp.

3. Tín hiệu số ổn định: Hệ thống VLC với mạch Pre-Equalizer có khả năng truyền tín hiệu dạng số với độ ổn định cao, giảm thiểu hiện tượng méo dạng và xén tín hiệu ở tần số thấp dưới 5kHz.

4. So sánh điện áp đầu ra: Điện áp đầu ra khi sử dụng mạch Pre-Equalizer cao hơn và ổn định hơn so với không sử dụng mạch cân bằng hoặc sử dụng mạch Pre-Emphasis, giúp tăng cường hiệu suất truyền dẫn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc mở rộng băng thông và cải thiện đáp ứng tần số là do thiết kế mạch Pre-Equalizer kết hợp ba mạch lọc thụ động (thông thấp, thông cao, thông dải) với bộ khuếch đại thuật toán, giúp tăng cường tín hiệu ở vùng tần số mong muốn và bù đắp điện dung lớn của OLED. Mạch lái sử dụng transistor IRF3205 với băng thông cao cũng góp phần duy trì tín hiệu ổn định.

So với mạch Pre-Emphasis trong nghiên cứu trước, mạch Pre-Equalizer cho đáp ứng tần số phẳng hơn, giảm méo tín hiệu và tăng băng thông điều chế hiệu quả hơn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông quang không dây, cho thấy việc sử dụng mạch cân bằng thụ động kết hợp khuếch đại là giải pháp khả thi để nâng cao hiệu suất hệ thống VLC sử dụng OLED.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đáp ứng tần số so sánh giữa các hệ thống không dùng mạch cân bằng, dùng mạch Pre-Emphasis và dùng mạch Pre-Equalizer, thể hiện rõ sự cải thiện về độ phẳng và băng thông. Bảng so sánh điện áp đầu ra và tỉ lệ méo tín hiệu cũng minh họa hiệu quả của mạch Pre-Equalizer.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mạch Pre-Equalizer trong các hệ thống VLC thực tế: Khuyến nghị các nhà phát triển hệ thống VLC tích hợp mạch Pre-Equalizer để nâng cao băng thông và chất lượng truyền tín hiệu, đặc biệt trong các ứng dụng truyền dữ liệu tốc độ cao trong nhà. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng.

2. Nâng cấp thiết bị OLED với kích thước lớn hơn: Đề xuất nghiên cứu và phát triển OLED có kích thước lớn nhưng vẫn giữ điện dung thấp để tận dụng ưu điểm chiếu sáng và mở rộng phạm vi ứng dụng VLC. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và nhà sản xuất OLED.

3. Tối ưu hóa mạch lái sử dụng MOSFET công suất cao: Cải tiến mạch lái để tăng băng thông và giảm méo tín hiệu, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng. Thời gian thực hiện: 12 tháng.

4. Mở rộng nghiên cứu về các loại mạch cân bằng khác: Khuyến khích nghiên cứu thêm các loại mạch cân bằng chủ động và kỹ thuật điều chế mới nhằm tiếp tục cải thiện băng thông và độ ổn định của hệ thống VLC. Chủ thể thực hiện: các nhóm nghiên cứu trong lĩnh vực viễn thông và điện tử.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Viễn thông: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế mạch cân bằng và ứng dụng trong truyền thông quang không dây, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Kỹ sư phát triển hệ thống VLC và OWC: Tham khảo để áp dụng các giải pháp mở rộng băng thông và cải thiện chất lượng tín hiệu trong thiết kế sản phẩm thực tế.

3. Nhà sản xuất OLED và thiết bị quang điện tử: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến băng thông điều chế OLED, từ đó cải tiến vật liệu và cấu trúc thiết bị.

4. Các tổ chức và doanh nghiệp trong lĩnh vực truyền thông không dây: Nắm bắt xu hướng công nghệ mới, ứng dụng VLC để giảm tải phổ RF và nâng cao hiệu suất mạng trong môi trường đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần mở rộng băng thông điều chế của OLED trong hệ thống VLC?
   Băng thông điều chế của OLED giới hạn tốc độ truyền dữ liệu. Mở rộng băng thông giúp tăng tốc độ truyền, giảm méo tín hiệu và nâng cao hiệu quả truyền thông quang không dây.

2. Mạch Pre-Equalizer hoạt động như thế nào để cải thiện đáp ứng tần số?
   Mạch Pre-Equalizer sử dụng các mạch lọc thụ động kết hợp khuếch đại để tăng cường tín hiệu ở vùng tần số mong muốn, bù đắp điện dung lớn của OLED, làm phẳng đáp ứng tần số và mở rộng băng thông.

3. So sánh giữa mạch Pre-Equalizer và Pre-Emphasis có điểm gì khác biệt?
   Mạch Pre-Equalizer cho đáp ứng tần số phẳng hơn và băng thông rộng hơn so với Pre-Emphasis, giảm méo tín hiệu và tăng độ ổn định của tín hiệu truyền.

4. Phạm vi ứng dụng của hệ thống VLC sử dụng OLED có mạch Pre-Equalizer là gì?
   Hệ thống phù hợp cho truyền dữ liệu tốc độ cao trong môi trường trong nhà, như mạng LAN không dây, truyền thông trong các tòa nhà, bệnh viện, và các khu vực cần giảm nhiễu RF.

5. Có những thách thức nào khi thiết kế mạch Pre-Equalizer cho OLED?
   Thách thức chính là lựa chọn linh kiện phù hợp để đạt được đáp ứng tần số phẳng trên băng thông rộng, đồng thời đảm bảo mạch khuếch đại hoạt động ổn định và không gây méo tín hiệu.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế thành công mạch Pre-Equalizer cải thiện đáng kể đáp ứng tần số và mở rộng băng thông điều chế của OLED từ 4,1kHz lên 17,5kHz, tăng 4,2 lần.
• Mạch Pre-Equalizer giúp làm phẳng đáp ứng tần số của hệ thống VLC, giảm méo tín hiệu và nâng cao độ ổn định truyền tín hiệu số.
• So sánh với mạch Pre-Emphasis, mạch Pre-Equalizer cho hiệu quả vượt trội về băng thông và chất lượng tín hiệu.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn trong phát triển các hệ thống truyền thông quang không dây tốc độ cao, góp phần giảm tải phổ RF.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng, tối ưu mạch lái và phát triển OLED kích thước lớn với điện dung thấp để nâng cao hiệu suất hệ thống.

Next steps: Triển khai ứng dụng thực tế mạch Pre-Equalizer trong các hệ thống VLC, đồng thời nghiên cứu các giải pháp cân bằng và điều chế mới nhằm tiếp tục nâng cao băng thông và chất lượng truyền dẫn.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực truyền thông quang không dây nên áp dụng và phát triển thêm các giải pháp mạch cân bằng để đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu ngày càng cao trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Với sự bùng nổ của cuộc cách mạng công nghệ 4.0, dự đoán số lượng thiết bị truy cập và lựu lượng sẽ tăng gấp nhiều lần trong những năm tới. Để giảm tải cho mạng di động thì mạng di động cố định WiFi sẽ được sử dụng để giải quyết vấn đề này. Gần đây, Wireless Gigabit Alliance đã đề xuất việc sử dụng các sóng mm trong băng tầng 60 GHz miễn phí giấy phép, ở nơi có sẵn băng thông 7GHz cho phép liên kết không dây tầm ngắn 7Gbps. Các băng tần 60GHz cũng được coi là một phần trong khung IEEE 802.11ad cho thông lượng liên kết dữ liệu rất cao trong mạng không dây cục bộ (WLAN) sử dụng kỹ thuật MIMO.

Tuy nhiên, do sự mất mát cao của đường truyền sóng vô tuyến trong khoảng phổ này, liên kết 60GHz có tính định hướng cao, vì vậy cần số hóa phức tạp hướng chùm sóng và thuật toán theo dõi cho ứng dụng trong mạng di động không dây. Do trong tương lai phổ RF sẽ bị hạn chế, trở nên đắt tiền, tính bảo mật thấp và tốc độ kết nối sẽ không đáp ứng được nhu cầu sử dụng. Nhằm tìm hướng đi mới bổ sung cho kỹ thuật truyền sóng không dây đang được khám phá mà có thể làm giảm việc sử dụng phổ. Nhiều hứa hẹn tiếp cận khác là truyền thông quang không dây, nó cung cấp nhiều ưu điểm hơn đường truyền RF.

Gần đây nhất, công nghệ truyền dữ liệu bằng ánh sáng nhìn thấy VLC ( Visible Light Communication) hay còn gọi là Li-Fi đã được xác định là một giải pháp tiềm năng để giảm thiểu các cuộc khủng hoảng phổ RF. VLC đặc biệt hấp dẫn do ánh sáng là một thứ đã được tích hợp vào môi trường sống của con người, và cơ sở hạ tầng phức tạp đã tồn tại. Việc sử dụng quang phổ của ánh sáng nhìn thấy cho truyền dữ liệu tốc độ cao đã nhận được tín hiệu tích cực bởi sự nổi lên của đèn LED, đồng thời là trung tâm của làn sóng chiếu sáng tiết kiệm năng lượng thế hệ kế tiếp. Trong truyền thông quang không dây (OWC), tín hiệu có thể sử dụng miễn phí bước sóng trong phổ ánh sáng nhìn thấy được từ 380nm đến 750nm, và phổ NIR từ 750 đến 2 2.

Tổng tài nguyên băng thông có sẵn xấp xỉ khoảng 670THz, nó bằng tổng của hơn 10000 phổ RF băng tần 60GHz. Ngoài việc là một giải pháp bổ sung không can thiệp vào giải pháp công nghệ RF, OWC có lợi thế về hoạt động tự do trên nguồn tài nguyên phổ tần rất lớn. Thêm vào đó, tốc độ dữ liệu rất cao có thể được thực hiện bằng việc sử dụng chi phí thấp lớp front-ends với những đèn LED thương mại có sẵn và PD. Hơn nữa, nó an toàn cho sức khỏe miễn là tuân thủ đầy đủ các quy định an toàn về mắt.

Trở ngại này ít nghiêm trọng hơn khi sử dụng đèn LED không liên kết pha so với việc dùng laze. Với sự ra đời của đèn LED không liên kết pha công suất cao và PD có độ nhạy cao, OWC đã trở thành một ứng cử viên khả thi cho truyền dữ liệu tầm ngắn trong nhà mà có thể đóng góp vào sự nghiệp thiếu hụt phổ[1]. Hình 1-1: Ánh sáng khả kiến trong phổ RF Hiện nay công nghệ VLC sử dụng LED đang được phát triển, do sự phổ biến của LED trong đời sống, dự đoán sẽ dần thay thế bóng đèn sợ đốt trong tương lai. Tuy nhiên bóng LED vẫn chưa phải là vật liệu chiếu sáng tối ưu vì nó có một số nhược điểm như: độ sáng gây chói mắt, tuổi thọ khá thấp…Do đó công nghệ OLED ra đời để cải tiến 3 những vấn đề này, dự đoán trong tương lai không xa sẽ được sử dụng rộng rãi hơn LED bởi những ưu điểm của nó.

Có nhiều nghiên cứu đã và đang triển khai trên OLED tuy nhiên với tốc độ và băng thông còn hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế. Vấn đề đặt ra là giải quyết vấn đề băng thông của OLED. Đối với OLED vật liệu hữu cơ, độ linh động hạt tải thấp hơn so với chất bán dẫn do đó hạn chế đáng kể đáp ứng tần số của thiết bị. Tốc độ dữ liệu truyền tải đạt được thay đổi phụ thuộc vào chất liệu và kích thước của thiết bị OLED vì vậy thu hẹp phạm vi các ứng dụng truyền thông dữ liệu.

Một số phương pháp đã được đưa ra để cải thiện đáp ứng tần số thiết bị. Hầu hết các phương án cân bằng áp dụng cho OLED được dựa trên vật liệu sử dụng trong thiết bị. Các vật liệu sử dụng có thể có một tác động lớn đến hiệu suất thiết bị. Một phương án mạch cân bằng cải thiện thời gian sống huỳnh quang (FL) của OLED bằng cách lựa chọn cẩn thận các lớp hữu cơ.

FL là thước đo khoảng thời gian khi vật liệu hữu cơ vẫn còn bị kích thích trước khi photon phát xạ. Người ta đã kiểm tra các vật liêu khác nhau và thời gian FL cho thấy có thể là 0.6 ns, điều này cho thấy sự ảnh hưởng của vật liệu đến FL. Kể từ khi FL góp phần vào tốc độ truyền dẫn, thiết bị phát ra photon nhanh hơn với tốc độ cao hơn có thể đạt được. Để tạo ra OLED trắng hiệu suất cao, điều này là cần thiết để chọn lựa cẩn thận các màu sắc cơ bản trong lớp phát xạ.

Vật liệu khác nhau sẽ cho ra màu sắc khác nhau; để tạo ra ánh sáng trắng, toàn bộ quang phổ nhìn thấy phải được che phủ; để làm được điều này một số chất liệu bắt buộc phải có. Người ta phải đặt đúng trình tự để đảm bảo độ linh động hạt tải cao cho một độ dẫn điện nhất định. OLED có động linh động hạt tải thấp hơn so với chất liệu bán dẫn silic. Đối với OLED độ linh động hạt tải phụ thuộc vào 2 thông số chính: mật độ dòng điện và nhiệt độ.

Độ linh động hạt tải là trung bình tốc độ trôi trong trường điện, nơi mà điện áp phân cực cao có thể được áp dụng để tăng tính linh động, do đó làm cho tốc độ truyền tải nhanh hơn. Mặc dù vậy nhưng thực tế là đáp ứng thời gian OLED cũng bị ảnh hưởng bởi điện dung lớn do màn hình kích thước lớn của thiết bị OLED. Sự gia tăng kích thước bảng điều khiển OLED sẽ cải thiện khả năng chiếu sáng và chi phí sản xuất, tuy nhiên nó lại 4 làm cho điện dung ký sinh lớn hơn nhiều mà nó thì làm giới hạn băng thông điều chế OLED trên hệ thống VLC. Bộ tiền tăng cường (hay tiền khuếch đại – sau đây gọi là Pre-Emphasis) được phát triển ở đề tài trước để bù đắp diện dung lớn của kích thước bảng điều khiển thiết bị[2].

Các thực nghiệm chứng minh rằng băng thông OLED đã tăng lên nhiều lần nhưng vẫn còn một vài hạn chế là đáp ứng tần số của OLED nói riêng và của hệ thống nói chung vẫn chưa được phẳng. Hình 1-2: Đáp ứng tần số Câu hỏi nghiên cứu đặt ra của luận văn là: mạch Pre-Emphasis của đề tài trước đã tăng băng thông điều chế, nhưng băng thông không phẳng do đáp ứng phức tạp của OLED. Do đó, hướng nghiên cứu là thiết kế mạch Pre-Equalizer để giữ được độ bằng phẳng của băng thông, tăng độ phẳng của đáp ứng ở vùng tần số mong muốn, trong luận văn này là vùng tần số thấp. 5 Trong chương 2 cơ sở lý thuyết về mạch Pre-Equalizer sẽ được trình bày.

Trong chương 3, các kết quả đo đạc sẽ được so sánh và phân tích. Cuối cùng, chương 4 đưa ra kết luận chung.2 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu Đề tài sẽ giới thiệu, tìm hiểu và nghiên cứu các dạng mạch Pre-Equalizer khác nhau để áp dụng vào mô hình hệ thống VLC, mô hình đề xuất như trong Hình 1-3, sau đó chọn ra mạch Pre-Equalizer có các thông số (tốc độ, băng thông, đáp ứng.) tốt nhất so với hệ thống không dùng mạch Pre-Equalizer và thực hiện mạch thực tế thử nghiệm trên hệ thống sẵn có. Hình 1-3: Mô hình nghiên cứu Đề tài sử dụng máy phát tín hiệu dạng sóng sin hoặc xung vuông, tín hiệu sau đó được đưa qua mạch Pre-Equalizer để loại bỏ các tần số không mong muốn sau đó khuếch đại tín hiệu đủ lớn đưa vào mạch lái để lái OLED. Nguồn phát là OLED băng thông điều chế 4,1kHz.

Phía thu sử dụng bộ thu Photodiode khuếch đại thác lũ của hãng Thorlab, băng thông tối đa 10MHz với độ lợi 0dB, tín hiệu thu sẽ được đưa vào máy hiện sóng để xem dạng tín hiệu. Đề tài xây dựng hệ thống VLC với nguồn phát tín hiệu hình sin và xung vuông. Các thông số khảo sát hệ thống được thực hiện trong phòng dưới ánh sáng đèn huỳnh quang, bộ khuếch đại và khoảng cách khảo sát dự kiến là 15cm.3 Các đóng góp của luận văn Luận văn này có các đóng góp như sau:  Thiết kế mạch Pre-Equalizer cải thiện đáp ứng tần số cho hệ thống VLC.  Cải thiện đáp ứng tần số của OLED nói riêng và hệ thống VLC nói chung.

 Nâng băng thông của hệ thống lên 4,2 lần từ 4,1kHz đến 17,5kHz khi sử dụng mạch Pre-Equalizer.  So sánh và phân tích đáp ứng tần số, băng thông của hệ thống khi có mạch Pre-Equalizer và không có mạch Pre-Equalizer.  Hệ thống VLC với mạch Pre-Equalizer có thể truyền tín hiệu dạng số với độ ổn định cao.1 Kỹ thuật Equalizer Mạch Equalizer là mạch cân bằng nhằm cải thiện đáp ứng tần số của tín hiệu ở những khoảng tần số mong muốn nhằm làm cho đáp ứng tần số phẳng từ đó cải thiện được băng thông cũng như tốc độ truyền tín hiệu. Mạch Equalizer có thể được đặt ở phía đầu phát (Pre-Equalier) nhằm lọc bỏ tần số không mong muốn, tăng độ lợi tín hiệu hoặc đặt ở phía thu (De-Equalizer) để loại bỏ tín hiệu nhiễu và khuếch đại tín hiệu mong muốn.

Các thiết bị như điện trở, tụ điện, transistor, op-amp.thường được sử dụng trong mạch Equalizer vì nó đơn giản, hiệu quả và chi phí thấp. Tuy nhiên, rất khó để xác định giá trị của các điện trở, tụ điện để có được đáp ứng tần số phẳng. Như đã biết, điều quan trọng cho hệ thống truyền thông tốc độ cao là có kênh truyền với đáp ứng tần số phẳng.1 Mạch lọc thông thấp RC thụ động Hình 2-1: Mạch lọc thông thấp RC 1 Ở tần số rất thấp, ta có: 𝑋𝐶 = →∞ (2.1) 2𝜋𝑓𝐶 Tụ C được xem như hở, kết quả 𝑉0 = 𝑉𝑖 (2.2) 1 Ở tần số cao, 𝑋𝐶 = → 0, tụ C xem như nối tắt 𝑉0 = 0𝑉 (2.