CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE TRUYEN THONG ANH SANG NHIN THAY 1.1 Tổng quan về công nghệ VLC 1.L1 Giới thiệu về công nghệ VLC Truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy - VLC là một hệ thống thông tin không dây, hệ thống này hoạt động bằng cách điều chế trong phổ ánh sáng nhìn thấy (400-700nm), đải phổ được sử đụng cho việc chiếu sáng. Các tín hiệu truyền thông tin được mã hóa bởi ánh sáng chiếu sáng. <= Increasing Frequency (v) 10" 10% 10” 10/8 10!9 104 10" 10"° 10° 10° 10* 10° 10” v(Hz) \ I \ | 1 I I | ! \ y rays X rays UV IR Microwave |FM AM} Long radio waves Radio waves I 1 1 ' ral Ị 1 Ị | 1 Ị 1019 101 io 0 g3 ; j0 10 102 10° 10° 10° 10° 10° 2(m) a Increasing Wavelength (4) > Visible spectrum 400 500 oo Vũ 700 Increasing Wavelength (A) in nm => Hinh 1.1 Dai phé anh sang nhin thay Công nghé VLC được biết đến với việc sử dụng ánh sáng đề truyền tin, tiết kiệm năng lượng so với hạ tầng chiếu sáng có sẵn. Hơn thế nữa, VLC so với công nghệ tần số vô tuyến được xem như thân thiện hơn rất nhiều.2 Lịch sử phát triển công nghệ VLC Nhiều năm trước, đã có rất nhiều nghiên cứu về VLC và ý tưởng sử dụng LED để chiếu sáng và truyền tin.
Động lực chính để công nghệ này phát triển chính là việc chiếu sáng bằng chất bán dẫn ngày càng được chú tâm, tuổi đời của LED dài hơn, có độ sáng cao so với những nguồn sáng nhân tạo hiện tại. Cùng với đó là tốc độ băng thông/dữ liệu cao, bảo mật về đữ liệu tốt, giúp cho an toàn sức khỏe và tiết kiệm được năng lượng. Khái niệm về VLC được biết đến là một phương thức truyền thông tin. Phương thức nảy ra đời từ năm 1870, khi mà Alexander Granham Bell đưa ra mô hình truyền dẫn về tín hiêu âm thanh được sử dụng bằng gương chiếu sáng nhưng vẫn tạo ra được đề đao động tạo ra bởi âm thanh của một người.
Mô phỏng đầu tiên của VLC đó là máy phát âm thanh, mô phỏng này được diễn ra vào năm 1880 khi mà con người sử dụng ánh sáng mặt trời tựa như một nguồn sáng. Khi đó, Bell và Tainer đã thực hiện thành công khi truyền tin ở khoảng cách 213 mét với thí nghiệm máy phát âm thanh sử dụng ánh sáng. Nhưng, hệ thống khi đó của Bell vẫn gặp nhiều nhược điểm, cơ bản là hệ thống phụ thuộ vào ánh sáng mặt trời, một loại ánh sáng không phải lúc nào cũng có được. Ánh sáng bán dẫn được hình thành bởi sự phát quang điện.
Từ những năm 1990, LED với độ sáng cao được giới thiệu với mục đích chiếu sáng. Chỉ từ vải năm, hiệu quả của việc sử dụng LED để chiếu sáng tăng lên nhanh chóng từ 0.1m/W tới hơn 230lm/W, thời gian sống của LED lên tới 100000 giờ. Hiện tại, chúng ta có thể thấy các nguồn chiếu sáng khác như OLED trong đó OLED sử dụng độ chiếu sáng tương đối thấp khoảng 100lm/W và thời gian hoạt động ngắn hơn so với LED. Bởi vậy, OLED hạn chế sử dụng hiển thị các màu sắc khác nhau, chiếu sáng chung ở thời điểm hiện tại.
Tuy nhiên, OLED chính là giải pháp thay thế cho chiếu sáng và truyền tin ở những khu vực lớn. Đối với những đèn chiếu sáng cô điển có hiệu năng chiếu sáng trong khoảng 52lm/W và những đèn huỳnh quang sử dụng ánh sáng đỉnh của LED trắng vượt qua 260Im/W. Từ hai so sánh trên, SSL sé tro thành một công nghệ cần thiết đối với việc tiết kiệm năng lượng, đảm bảo an toàn với môi trường. Công nghệ sử dụng SSL có ưu điểm như sau: +* Tuổi đời thiết bị dài.
s* Chịu được độ ẩm cao. +* Không có thủy ngân. +* Kích thước nhỏ và gọn hơn. s* Hiệu quả biến đôi năng lượng cao hơn (với white LED hiệu quả chiếu sáng lớn hơn 200lm/W).
s* Tiêu thụ năng lượng thấp hơn. s* Chuyên mạch nhanh hơn. Chính vì vậy mà LED là các nguồn lý tưởng để ứng dụng với hai mục đích chiếu sáng và truyền đữ liệu ở cả trong nhà và ngoài trời trong tương lai, khi đó có thể tiết kiệm năng lượng rất nhiều. Bằng việc sử dụng LED kết hợp ba màu: đỏ, xanh lá và xanh da trời, khi đó tiến hành sử dụng máy phát để kết hợp giữa ánh sáng xanh và huỳnh quang.
Từ đó tạo nên những nghiên cứu và phát triển về hệ thống VLC. Lịch sử phát triển về VLC được mô tả ở Bảng 1.1 dưới đây: Bang 1.1 Lich sir phat triển cia VLC Thoi. Sự kiện gian LED được công bồ là thiết bị truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, sử dụng 2004 bằng thiết bi di động tại Nhat Ban. Hệ thong truyén dẫn VLC tới điện thoại di động được thử nghiệm thực tế với tốc độ 10 kb/s va vai Mb/s.
Thiét bi sir dung là đèn huỳnh quang 2005 \va LED tại Nhật Bản. Sử dụng màn hình LCD đê thực hiện truyên dẫn VLC. Thiết bị sử dụng 2007 đèn nền LED. Hiép hoi VLC (VLCC) tai Nhật Bản đưa ra hai chuân: Tiêu chuân cho hệ thống định danh sử dụng ánh sáng và tiêu chuẩn cho hệ thống VLC.
IHiệp hội công nghệ thông tin và điện tử Nhật Bản-JEITA đã chấp nhận 2007 kác tiêu chuẩn này thông qua lhai van ban JEITA CP-1221 va JAITA CP-1222. Phát triên các tiêu chuân toàn câu cho mạng gia đình sử dụng ánh sáng và tia hồng ngoại để truyền dẫn thông qua dự án OMEGA của EU. [Thực hiện truyền dẫn sử dụng 5 đèn LED 2008. voi toc dé ~100Mb/s.
Ban hành tiêu chuân kỹ thuật đâu tiên cua VLCC. Pho tan str dung 2009 |VLC được đưa ra. Công nghệ VLC được phát triên, các thiệt bị như TV, PC, điện thoại di 2010 lộng là những thiết bị được đưa vào áp dụng. 2010 GPS được đưa ra tại Nhật Bản, môi trường ở đây là trong nhà.
2010 Tốc độ truyền dẫn của VLC lên đến 500Mb/s trong khoảng cách Sm,thuc hién boi Siemen va vién Heinrich Het, Đức. 2010 IEE đưa ra tiêu chuẩn cho các công nghệ sử dụng VLC Hệ thông VLC-OFDM được trình diễn, sử dung toc d6 124Mb/s, LED 2011 trắng phủ phốt pho, dai hoc Edinburgh, Anh 2013 Giáo su Harald Haas đã thực hiện truyên dữ liệu với tôc độ lên đên 1.6 Gbps thông qua đèn LED đơn sắc - _ Một mạng nội bộ đã tiễn hành sử dung VLC voi tốc độ truyền lên 2015 đến 1.25 Gbit/s vào 04/2014 bởi công ty Stins Coman của Nga - _ Hệ thống VLC với LED RGB có tốc độ 300 Mbit/s trong cự ly 25 feet được sản xuất bởi Axrtek vào 10/2014 Vào năm 2016 sản phâm Li-Ist của công ty PureLTfi ra đời. Theo nhà sản xuất nói thì đây là sản phâm đầu tiên ứng dụng công nghệ VLC 2016 được bán rộng rãi. Li-lst hiện có thê mang lại tốc độ truyền tải SMbps cho cả kênh upload lẫn download, tương đương 625KB/s Vào năm 2017 công ty PureLifi cho ra san phâm LIEI-X bao gôm một 2017 thiết bị có đèn LED gắn vào công USB, cho tốc độ truyền nhận dữ liệu lên đến 42Mbps.13 Đặc điểm công nghệ VLC 1.1 Dung lượng %% Băng thông lớn: Đối với phổ sóng vô tuyến: gấp 10000 lần so với sóng ánh sáng và được miễn phí khi sử dụng chúng.
+* Mật độ dữ liệu: So với công nghé WIFI: VLC cé thể đạt được mật độ dữ liệu lên tới 1000 lần. Bởi vì vật cản không thể ngăn được ánh sáng nhìn thấy còn sóng vô tuyến bị thoát ra ngoài và gây nhiễu. s% Tốc độ cao: Vì băng thông lớn, cường độ của ánh sáng chiếu ra lớn nên VLC dễ dàng đạt được tốc độ cao nhờ nhiễu thấp. %% Dễ dàng quản lý: Vì ánh sáng nhìn thấy dễ quản lý hơn vso với sóng vô tuyến, bởi vì không gian giới hạn.2 An toàn “+ Suc khỏe con người được đảm bảo.
% Trên máy bay, việc truyền dẫn không bị ảnh hưởng. Các thiệt bị trong bệnh viện không bị gây nhiễu bởi các máy móc.3 Bảo mật %% Vì VLC không thê đâm xuyên qua các vật, chỉ truyền tập trung ở một khu vực nhất định nên rất khó đề thu thập hay tìm hiểu các tín hiệu thông tin. %* Có thể quản lý truyền dẫn thông tin dé dàng bởi đây là ánh sáng nhìn thấy, không cần phương thức bảo mật phức tạp. % Đối với các đường truyền tốc độ cao: chúng ta chỉ cần đường lên với tốc độ thấp để: download video, audio, duyệt Web.
Qua đó ta có thể giải quyết van đề này bằng việc sử dụng công nghệ VLC. Dưới đây là Bảng 1.2 so sánh các đặc tính của VLC và công nghệ IR và RE: Bang 1.2 So sánh các tham số của VUC, IRB và FRB Đặc tính VLC IRB RFB Băng thôn Không bị hạn chế, 400 | Không bị hạn chế, | Bị điều chỉnh và bị § 8 Inm - 700 nm 800 - 1600nm hạn chế Nhiễu sóng điện từ và Không Không Có Imôi nguy hiêm LOS Có Có Không , N 4 toi dai N « tới dài Khoảng cách Ngăn een ov “ ae “ (ngoai troi) (ngoai troi) Bao mat Tốt Tốt Kém [Tiêu chuân Đang phát trién (IEEE 802.7) Phát triên tôt cho trong nhà (IrDa), đang phát triển cho ngoài trời Đã hoàn thiện Các dịch vụ Chiêu sáng và truyền tin Truyền tin Truyền tin Các nguôn nhiêu Ánh sáng mặt trời và ánh sáng xung quanh Ảnh sáng mặt trời và ánh sáng xung Tất cả các thiết bị điện tử và điện khác quanh khác [Tiêu thụ cô ok ok _¬ W cong Tương đối thấp Tương đối thấp 'Trung bình Tính di động BỊ giới hạn BỊ giới hạn Tốt Khoảng bao phủ Hẹp và rộng Hẹp và rộng 1.2 Cấu trúc hệ thống VLUC 12.1 Mô hình hệ thống Hệ thống VLC bao gồm các thành phần sau: Hệ thống phát, kênh truyền và hệ thống thu.2 mô tả mô hình của một hệ thống VLC TA res Ma tra raves Diéu khién Mach a tran Bộ tập Bộ tách làm mờ điề LED và Kênh Bộ lọc. x iéu 3 ahh ` trun: sóng (Dimming >| si [O| các hấu > truyn P|. DỊ quang Py control) khiên kính quang quang quang học Module Bộ truyền khuếch tin đại Dữ liệu vào Dữ liệu ra Hình 1.2 Mô hình của một hệ thống VLC 1.1 Cấu trúc phía phát Các thành phần của phía phát bao gồm thiết bị phát bán dẫn ánh sáng nhìn thấy (có thể là LED hoặc Laser bán dẫn, phụ thuộc vào ứng dụng), mạch điều chỉnh độ sáng (dimming control) và mạch điều khiển LED (điều chế) (hình 1.
tình Mạch điều khiển VA chin —) ` , — LED LED (Điều chế) y > độ sáng Dữ liệu Hình 1.