IH

QU

GI H N I

Ƣ
Ọ
Ệ
---------------------------------------

Ễ

ỊNH VỊ
ÁNH SÁNG NHÌN THẤ

Ể

Ệ

Ệ
THÔNG

à ội - 2017

ỀN THÔNG

Ệ

Ề

Ọ
Ƣ
Ọ
Ệ
---------------------------------------

Ễ

Ể

ỊNH VỊ
ÁNH SÁNG NHÌN THẤ

Ệ

ỀN THÔNG

Ngành: ông Nghệ Kỹ Thuật iện Tử, Truyền Thông
huyên Ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông
Mã số: 605 202 03

Ệ

ƣ i ƣ

Ề THÔNG

ọ


n

Hà nội

Ệ

à

ễ

á

ă

à


O

L

Tôi xin cam đoan nội dung tôi viết hoàn toàn là chính thống, không sao
chép nội dung và kết quả mô phỏng có trong luận văn thạc sĩ chưa từng được
công bố từ bất ký tài liệu nào dưới mọi hình thức. Các thông tin sử dụng trong
lận văn thạc sỹ có nguồn gốc được trích dẫn rõ ràng
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có dấu hiệu sao chép kế quả từ
các tài liệu khác.

TÁC GIẢ
NGUYỄN DUY TUYỂN


1


L I CẢ

Ơ

u tiên tôi xin gửi lời c m n x u s c đến TS Nguyễn Nam Hoàng,
người đã tận t nh hướng dẫn và gi p đ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ trong suốt thời gian vừa qua
Tôi c ng xin c m n c c qu th y cô, anh chị và c c ạn tại khoa iện
tử – Viễn thông, ại học ông nghệ đã c nh ng đ ng g p
ch, tạo điều
kiện và gi p đ tôi trong suốt qu tr nh nghiên cứu luận văn này
Luận văn này được hỗ trợ bởi đề tài ―Nghiên cứu giải pháp loại bỏ
nhiễu, Nâng cao hiệu năng mạnh và phát triển ph n mềm mô phỏng mạng
truyền thông ánh sáng sử dụng c c chùm s ng định hướng‖
uối cùng tôi xin ày tỏ lời cảm n s u s c đến gia đ nh, ạn , nhưng
người đã luôn ng hộ và gi p đ em trong suốt qu tr nh học tập và hoàn
thành chư ng tr nh đào tạo Thạc sĩ tại trường ại học ông nghệ, ại học
Quốc Gia Hà Nội
M c dù tôi đã cố g ng hết sức để hoàn thành luận văn này ng tất cả
t m huyết và năng l c c a m nh, tuy nhiên không thể tr nh khỏi nh ng sai
s t, rất mong nhận được sử g p qu
u c a qu ạn và th y cô
Tôi xin ch n thành c m n

à ội


à 01 t á
Ọ

Ễ

2

10 ă
Ê

Ể

2017


O

L
L I CẢ

.............................................................................................................................. 1

Ơ .................................................................................................................................... 2
Ệ ............................................................................................................. 5
Ả
Ả

................................................................................................................. 7

.......................................................................................................................... 8


.................................................................................................................................... 1
ƢƠ

...................................................................................................................................... 3

TỔNG QUANG VỀ CÔNG NGHỆ

–

Ề

Ấ ................................................................................................................................................. 3

n LED tr ng .......................................................................................... 3

1.1

1.1.1 Vài nét sơ lược về đèn LED trắng ............................................................ 3
c đ c trưng ............................................................................................ 5

1.2

t u

1.2.1

tn

ơ


n............................................................................... 5

1.2.2 Ưu n ượ điểm của đèn LED ................................................................... 6
1.3 T ng quan về công nghệ truyền thông sử dụng nh s ng nh n thấy ......... 8
1.3.1 L

s p t triển...................................................................................... 8

1.3.2 Ứng dụng thực tế của hệ thống VLC ...................................................... 13
1.4 T m t t chư ng I ..................................................................................... 19
ƢƠ

Ệ

MÔ HÌNH HỆ TH

Ề

Ấ .............................................................................................. 20

2.1 Mô Hình hệ thống VLC............................................................................. 20
2.2

ấu h nh đường truyền ........................................................................... 22

2.3

c Tham số hiệu năng kênh .................................................................. 23


2.3.1 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR.................................................................. 23
2.3.2 Dung năng kên ...................................................................................... 23
2.3.3 Tỉ lệ lỗi bit .............................................................................................. 24
2.4 Tính chất c a công nghệ VLC ................................................................ 24
2.4.1 Ưu điểm .................................................................................................. 24
2.4.2 N ượ điểm............................................................................................. 26
2.5 Các vấn đề g p phải c a công nghệ VLC ............................................... 26
3


2.5.1 Vấn đề tầm nhìn thẳng (Line of Sight - LoS) .......................................... 26
2.5.2. Vấn đề về chất lượng tín hiệu ................................................................ 26
2.5.3. Vấn đề về thiết b đầu cuối .................................................................... 27
2.5.4. Vấn đề chuẩn hóa .................................................................................. 27
2.5.2 M t số vấn đề khác ................................................................................. 27
2.6 T ng kết chư ng II.................................................................................. 28
ƢƠ

Ị

Ị

Ƣ

O

............................................................ 29

3.1


c phư ng ph p định vị ........................................................................ 30

3.1.1

ương p p đ n v

ựa trên t

3.1.2

ương p p đ n v

ựa trên sự

tru ền t i

D

i gian s ng n s ng t i
ên lệ

t

....... 30

i gian ủa n s ng

.......................................................................................... 32

3.1.3


ương p p đ n v

ựa trên ư ng đ

3.1.4

ương p p đ n v

ựa trên g

n s ng

n s ng đến

....................... 33
...................... 35

3.2 Phư ng ph p định vị kết hợp sử dụng trạm ph t đa chùm s ng LUM
n

3.2.1
3.2.2 ấu

36

ệ t ống ................................................................................... 37

n


m s ng ............................................................................... 40

3.2.3 N iễu ệ t ống ...................................................................................... 46
3.2.4 Quá trình truyền tin. ............................................................................... 46
3.2.5 ơ

ế đ n v ......................................................................................... 46

3.3 Kết quả mô phỏng và đ nh gi ............................................................... 48
3.3.1 K

n m p ng................................................................................. 48
ương tr n m p

3.3.2

ng ......................................................................... 49

3.4 Kết quả mô phỏng và đ nh gi .............................................................. 50
3.5 Kết luận .................................................................................................. 52
KẾT LU N CHUNG ...................................................................................................................... 53
Ệ

ẢO .............................................................................................................. 54

4


Ệ
Từ viết t t


Tên tiếng anh

Tiếng Việt
ộ mạnh t n hiệu nhận được
Phư ng ph p định vị d a trên thời
gian t n hiệu đến
Hồng ngoại
Phư ng ph p ước lượng nh
phư ng nhỏ nhất
X c suất lỗi thông thường

RSS

Received Signal Strength

TOA

Time of Arrival

IR

Infrared

LS

Least square

CEP


5G

Circular Error Probability
Ultra Violet – Light Emitting
Diode
Fifth Generation

NLOS

Non-Light of Sight

AOA

Angle of Arrival

YAG

Yttrium Aluminum Garnet

OOK

On-Off Keying

PPM

Pulse Position Modulation

RFID

Radio Frequency Identification


GPS

LED

Global Positioning System
Intensity Modulation/
Direct Detection
Light Emitting Diode

iều chế PPM
Phư ng ph p nhận dạng t n số vô
tuyến
Hệ thống định vị toàn c u
iều chế cường độ, ph t hiện tr c
tiếp
n LED

RF

Radio Frequency

T n số vô tuyến

VLC

Visible Light Communications

Truyền thông nh s ng nh n thấy


RFB

Radio Frequency Band

TDOA

Time Difference of Arrival

ăng t n vô tuyến
Phư ng ph p định vị d a trên độ
kh c iệt c a thời gian đến

UV-LED

IM/DD

c t m- nh s ng ph t xạ
Mạng di động thế hệ thứ 5
T m nh n không thẳng
Phư ng ph p định vị d a trên g c
t n hiệu đến
Kho ng chất nhôm Yttrium
iều chế OOK

Ghép kênh ước s ng

DC

Wavelength Division
Multiplexing

Direct Current

4G

Fourth Generation

Mạng di động thế hệ thứ 4

IRB

Infrared Band

CRLB

Cramér-Rao Lower Bound

WDM

ăng t n hồng ngoại

5


EKF

Extended Kalman Filter

ộ lọc Kalman mở rộng

KF


Kalman Filter

ộ lọc Kalman

FET

DMT

Field Effect Transistor
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Discrete Multi-Tone modulation

PD

Photodiode

LOS

Light of Sight

T m nh n thẳng

LTE

Long-Term Evolution

Mạng di động thế hệ thứ 4


FOV

Field of View

LUMB

Localization using multi beam

MIMO

Multi Input – Multi Output

Trường nh n thấy
Phư ng ph p định vị sử dụng đa
chùm
Phư ng ph p MIMO

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỉ số t n hiệu trên tạp m

IEEE

Transistor hiệu ứng trường
Viện Kỹ sư iện và iện tử
iều chế DMT
iốt quang


6


Ả
Hình 1. 1: Ph s ng điện từ nguồn internet ..................................................................................... 8
Hình 1. 2: Hệ thống VLC cấp nguồn và kết nối LED thông qua c p Ethernet nguồn internet ..... 12
Hình 1. 3: Mô hình VLC c a đại học Nagoya (nguồn internet)........................................................ 12
H nh

4: Mô H nh nhà thông minh nguồn internet ...................................................................... 13

Hình 1. 5: Công nghệ VLC ứng dụng trong giao thông nguồn internet ......................................... 14
Hình 1. 6: Ứng dụng VLC trong bệnh viện nguồn internet ............................................................ 15
Hình 1. 7: ứng dụng VL trong môi trường nước nguồn internet ................................................. 16
Hình 1. 8: Ứng dụng VL trong nhà thông minh nguồn internet .................................................. 16
Hình 1. 9: Ứng dụng VL trong định vị nguồn internet ................................................................ 17
Hình 1. 10: Ứng dụng VLC trong các dịch vụ đa phư ng tiện nguồn internet .............................. 18
H nh

: Truyền thông sau thế hệ 4G nguồn internet ................................................................ 18

H nh 2 : S đồ khối c a Công nghệ truyền thông quang ............................................................... 20
H nh 2 2: S đồ khối việc điều chỉnh cường độ sáng ...................................................................... 21
Hình 2. 3: Phân loại đường truyền c a hệ thống VLC [8] ................................................................ 23
H nh 3 : ường tròn tưởng tượng ................................................................................................. 31
H nh 3 2: Vị tr ro ot vùng c t nhau c a c c đường tròng tưởng tượng ......................................... 32
H nh 3 3: mô h nh hệ thống phư ng ph p TDO .......................................................................... 33
H nh 3 4: mô h nh hệ thống phư ng ph p RSS .............................................................................. 34
Hình 3. 5: Mô hình và các thông số hệ thống .................................................................................. 36
H nh 3 6: ấu tạo c a phòng ........................................................................................................... 38

H nh 3 7: ấu h nh trạm ph t .......................................................................................................... 38
H nh 3 8: ấu tạo ộ ph t, mảng đ n LED

P ............................................................................ 39

H nh 3 9: M t c t ngang ộ ph t ..................................................................................................... 39
H nh 3

: ông thức cấu h nh đa chùm s ng ................................................................................ 41

H nh 3

: ấu h nh chùm s ng với g c nửa công suất

.......................................................... 44

H nh 3

2: ấu h nh chùm s ng với g c nửa công suất

....................................................... 45

H nh 3

3: ấu h nh chùm s ng với g c nửa công suất

....................................................... 45

Hình 3. 14: Bộ thu n m trong một chùm s ng ................................................................................. 47
Hình 3. 15: Bộ thu n m trong nhiều chùm sáng .............................................................................. 48

Hình 3. 16: sai số c a robot khi di chuyển theo hình sin với góc nửa công suất

........................ 50

Hình 3. 17: Sai số c a robot khi di chuyển theo hình sin với góc nửa công suất

..................... 51

Hình 3. 18: Sai số c a phư ng ph p khi ro ot đi chuyển theo đường thẳng với góc nửa công suất
...................................................................................................................................................... 51
Hình 3. 19: Sai số khi robot di chuyển theo đường thẳng với góc nửa công suất

7

..................... 52


Ả
Bảng 1. 1: Màu s c c a đ n LED [1]. ..................................................... 4
Bảng 1. 2: Quá trình phát triển c a VLC [17]. ....................................... 9
Bảng 2 : so s nh đ c t nh c a VL và công nghệ RF 3 ................ 22
Bảng 2 2: T n sô s ng .......................................................................... 25

8


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full