CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU nhất hiện có và sẽ giúp giảm nhẹ phổ đáng kể bằng cách cho các hệ thống tế bào và Wi- Fi giảm tải một phần đáng kể lưu lượng không dây. Nó có ưu điểm là sử dụng các thiết bị chiếu sáng đã có, ngoài ra nó cũng thích hợp cho mạng cá nhân bởi vì nó không đòi hỏi phải có giấy phép. Hơn nữa, sóng ánh sáng dễ bị che khuất bởi cái màn chắn vậy lý nên sẽ dễ dàng trong việc ngăn chặn sự can thiệp từ bên ngoài. Hệ thống VLC không chiếm phổ tần vô tuyến và có thể sử dụng ở những nơi sóng điện từ bị cấm (bệnh viện, máy bay…) [3].
Với việc sử dụng ánh sáng thay cho sóng radio, Li-Fi có thể đạt tốc độ không tưởng, hứa hẹn sẽ ứng dụng được nhiều trong tương lai không xa. Tuy vậy, Li-Fi cũng có những nhược điểm nhất định, đó là không thể truyền xuyên tường, hay có thể bị nhiễu ở những nơi có nhiều dải quang phổ khác nhau, không thể sử dụng được ngoài trời hay tình trạng nhiễu ánh sáng hay gặp các vấn đề về phản xạ, ánh xạ. Nhưng cũng chính điểm yếu không thể xuyên tường này mà nó lại có tính an toàn và bảo mật cao, không gây hại cho người dùng, hơn nữa còn hạn chế được việc lộ thông tin ra ngoài. Như bài phát biểu của Giáo sư Harald Haas tại Hội thảo TED 2015 (London, 9/2015): “Li-Fi không thể dùng ngoài trời.
Để dùng Li-Fi, phải ở trong phòng kín cửa, chỉ được chiếu sáng bằng đèn LED, thiếu ánh sáng tự nhiên. Trên máy bay, phải đóng hết cửa sổ để dùng Li-Fi! Rõ ràng Li-Fi không hợp với người thích ngồi gần cửa sổ ngắm cảnh trên mây như tôi” “Ai cần đến Li-Fi nếu cứ phải giam mình trong phòng tối, chỉ có đèn LED, không đi đâu được?” Như điều này để sử dụng được nhiều nơi, di chuyển ta cần thay thế toàn bộ hệ thống điện trong nhà và đèn luôn bật. “Với Li-Fi, phải bật đèn suốt ngày đêm nếu muốn duy trì liên tục việc truyền dữ liệu, làm hao tốn điện năng. Ngoài ra, việc cung cấp dữ liệu từ đèn chiếu sáng công cộng vào ban đêm sẽ trở nên vô hiệu khi có sương mù” Trong tương lai, sẽ có thêm nhiều cải tiến, và rất có thể Li-Fi sẽ trở nên thông dụng như Wi-Fi bây giờ vậy.
Nhưng chắc chắn nó sẽ không hoàn toàn thay thế được Wi-Fi, vì những hạn chế nhất định của nó, nên Wi-Fi và Li-Fi có lẽ sẽ được sử dụng song song, tùy theo những điều kiện nhất định để tối ưu hóa giao tiếp của chúng ta. Lý do, mục đích và hướng giải quyết đề tài: Trong thời đại của hệ thống truyền thông thế hệ thứ 4 (4G), truyền dữ liệu tốc độ cao sẽ góp một phần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Chúng ta có thể truyền nhiều loại thông tin, hay còn được gọi là thông tin đa phương tiện, ở bất kỳ đâu và khi nào. Do đó, khái niệm về kết nối không dây không gian kín như trong nhà hay văn phòng đã được đưa ra và gây được sự quan tâm đáng kể.
Các thiết bị điện trong nhà sẽ được kết nối GVHD: TS. Phạm Quang Thái 6 HVTH: Nguyễn Hoàng Duy CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU không dây với nhau trong tương lai, ta có thể truy cập và liên lạc với nhau bằng các thiết bị ở bất cứ đâu trong môi trường kín. Do đó hệ thống truyền thông ánh sáng khả kiến được coi là ứng cử viên cho kết nối không dây trong môi trường kín. Và thiết bị chiếu sáng được chọn sẽ là đèn LED hoặc tương lai là OLED bởi các loại đèn này đang có nhiều ưu điểm và phát triển vượt trội.
Bởi vậy việc truyền dẫn bằng ánh sáng là phù hợp cho các mạng không dây trong nhà hơn là dùng sóng vô tuyến [3]. 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 làm cho điện dung ký sinh lớn hơn nhiều mà nó thì làm giới hạn băng thông điều chế OLED trên hệ thống VLC [2]. Bộ tiền tăng cường (hay tiền khuếch đại – sau đây gọi là pre-emphasis) được phát triển để bù đắp diện dung lớn của kích thước bảng điều khiển thiết bị.
Các thực nghiệm chứng minh rằng băng thông OLED đã tăng lên nhiều lần.7 là một ví dụ cho ta thấy OLED trước khi được điều chỉnh băng thông 3-dB ở khoảng 160 kHz, nên ta cần một mạch pre-emphasis đặt vào trước OLED ở bộ phát để tăng băng thông này lên hay nói cách khác là hiệu chỉnh dạng tín hiệu nhận được GVHD: TS. Phạm Quang Thái 7 HVTH: Nguyễn Hoàng Duy CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU để “dễ” giải điều chế hơn, như Hình 1.9 kết quả thu được sau khi dùng mạch pre- emphasis đã được thực hiện trong [2].7: Đáp ứng tần số OLED Hình 1.8: Trước và sau khi có mạch khuếch đại Hình 1.9: Đáp ứng tần số OLED trước và sau bù méo dạng GVHD: TS. Phạm Quang Thái 8 HVTH: Nguyễn Hoàng Duy CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Mạch pre-emphasis ở đầu phát là một hướng giải quyết cho vấn đề này và cũng là hướng thực hiện của luận văn. Luận văn “Thiết kế mạch tăng cường cho hệ thống truyền thông tin bằng ánh sáng khả kiến dùng OLED” sẽ nghiên cứu và thực hiện mạch tăng cường cho hệ thống VLC dùng OLED với mục tiêu tăng lên tốc độ truyền dữ liệu, cải thiện đáp ứng OLED.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Đề tài sẽ giới thiệu, tìm hiểu và nghiên cứu các dạng mạch pre-emphasis khác nhau để áp dụng vào mô hình hệ thống VLC đề xuất ban đầu, mô hình đề xuất như trong Hình 1.10, sau đó chọn ra mạch pre-emphasis có các thông số (tốc độ, băng thông, đáp ứng, BER…) tốt nhất so với hệ thống không dùng mạch pre-emphasis và thực hiện mạch thực tế thử nghiệm trên hệ thống sẵn có.10: Mô hình đề xuất hệ thống VLC Đề tài sử dụng nguồn phát là OLED trắng của hãng Phillip, băng thông điều chế 7kHz. Bộ thu sử dụng Photodiode của hãng Thorlab, băng thông tối đa 10 Mhz với độ lợi 0dB. Bộ điều chế và giải điều chế sử dụng IC điều chế. Đề tài xây dựng hệ thống VLC với kiểu điều chế NRZ.
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 100cm. Các đóng góp của luận văn: - Thiết kế mạch pre-emphasis cho hệ thống VLC dùng OLED. - Kiểm tra bằng thực nghiệm truyền được tốc độ real-time 358 kbps với khoảng cách 70 cm. Tỉ lệ tốc độ trên băng thông điều chế của OLED là 50 lần.
Các công bố hiện nay dùng OLED chỉ có tỉ lệ là 28 lần, truyền off-line ở khoảng cách 10cm. - Nâng băng thông điều chế của hệ thống lên 71 lần (từ 7 kHz lên 500 kHz). - Kết quả được công bố trong bài báo khoa học: Pham Quang Thai and Nguyen Hoang Duy, “Pre-emphasis circuit for VLC system using OLED”, IEEE Photonic Technology Letter, 2017 (submitted). Kết luận chương: OLED cùng với truyền thông quang không dây đang là xu hướng công nghệ của tương lai, được dự đoán sẽ phát triển mạnh mẽ từ năm 2018, khi mà hiệu quả của OLED đang GVHD: TS.
Phạm Quang Thái 9 HVTH: Nguyễn Hoàng Duy CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU được cải thiện và có khả năng tăng gấp đôi sau mỗi 2-3 năm [2] cùng với hiệu suất cao, tuổi thọ cao và chi phí thấp. Truyền thông tin bằng ánh sáng khả kiến sử dụng OLED trắng là một công nghệ hứa hẹn cho mạng quang liên lạc không dây, hấp dẫn cho nghiên cứu trên thế giới và nỗ lực chuẩn hóa toàn cầu. Chương 1 đã giới thiệu các khái niệm về hệ thống VLC, các ưu điểm cũng như các ứng dụng VLC trong thực tế và mục tiêu hướng đến đề tài. Các vấn đề này sẽ được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo.
Phạm Quang Thái 10 HVTH: Nguyễn Hoàng Duy CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2. Sơ đồ khối hệ thống VLC: Đề tài áp dụng mạch pre-emphasis vào hệ thống được xây dựng như trong Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống VLC áp dụng Máy tính 1 phát dữ liệu, sau đó được copy sang máy tính 2.
