1 Thành phần phát trong hệ thống VLC.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.89 MB, 89 trang )
23
Hiện tượng này được mô tat như hình 2.2 dưới đây:
Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của LED.
Với mục đích kết hợp để chiếu sáng, loại LED được sử dụng trong VLC thường
là LED đơn sắc (một trong ba màu RGB) và LED phát ánh sáng trắng (White LED).
Có hai cách thông dụng để tạo ra ánh sáng trắng tương ứng với hai loại LED khác
nhau:
Loại thứ nhất sử dụng một chíp bán dẫn xanh (Blue) và sau đó được phủ thêm
một lớp Phosphor bên ngoài hay còn được gọi lên là “LED xanh trắng đơn
chip”. Khi dòng điện được cung cấp cho chip LED màu xanh, chip này sẽ phát
ra ánh sáng xanh, phosphor sau đó được kích thích bởi ánh sáng màu xanh thì
sẽ phát ra huỳnh quang màu vàng. Sự kết hợp giữa hai ánh sáng này sẽ tạo ra
ánh sáng trắng.
• Loại LED thứ hai cấu tạo với ba chíp màu riêng biệt: Red bước sóng 625 nm,
Green bước sóng 525 nm, Blue bước sóng 470 nm. Sau đó ba màu này sẽ được
trộn lại với nhau để tạo ra ánh sáng trắng.
•
Hình 2.3: Hai loại LED phát ánh sáng trắng.
GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc
SVTH: Nghiên Văn Toản
24
Hình 2.4: Phổ phát xạ của LED đơn chip và LED RGB.
LED đơn chip phủ phosphor sẽ có giá thành rẻ hơn, mạch điều khiển ít phức tạp
hơn tuy nhiên băng thông lại bị hạn chế. Thêm nữa, lớp phosphor chỉ phát ra ánh sáng
sau khi chip màu xanh phát xạ, do vậy tốc độ đáp ứng của LED đơn chip sẽ thấp hơn
so với LED RGB. LED đơn chip có băng thông hạn chế do ảnh hưởng của lớp
Phosphor, do vậy ta có thể khắc phục được nhược điểm này bằng cách sử dụng một
bộ lọc (Blue Filter) ở phía thu trước khi ánh sáng được đưa đến Photodiode. LED
RGB có thể cung cấp 3 kênh truyền dẫn riêng biệt, mỗi kênh ứng với một chip LED,
thích hợp với phương thức ghép kênh quang WDM. Một vấn đề cần được chú ý là cần
phải đảm bảo sự cân bằng màu sắc của ánh sáng không bị thay đổi khi truyền dẫn
thông tin với VLC.
Do LED vừa được sử dụng để chiếu sáng, vừa dùng để truyền thông tin nên có
hai đại lượng ta cần xác định đó là cường độ chiếu sáng và công suất quang truyền đi.
Cường độ chiếu sáng được dùng để để thể hiện độ sáng của bóng đèn LED, còn công
suất quang truyền dẫn chỉ ra tổng lượng quang phát xạ từ LED.
Cường độ chiếu sáng được tính thông qua quang thông qua mỗi góc khối theo công
thức 2.1:
2.1
Trong đó là quang thông và là góc không gian, có thể được tính từ theo công thức
2.2:
2.2
Trong đó: là đường cong độ sáng tiêu chuẩn, là độ sáng tối đa vào khoảng ~680lm/W
tại bước sóng 555 nm.
Công suất quang truyền đi được tính theo công thức 2.3:
GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc
SVTH: Nghiên Văn Toản
25
2.3
Với và được xác định dựa vào đường cong độ nhạy của Diode tách quang.
(Lumen ký hiệu: lm là đơn vị SI dùng để đo tổng lượng quang thông bức xạ từ nguồn
sáng phát ra. Tuy nhiên quang thông khác với công suất, quang thông phản ánh sự
thay đổi độ nhạy ở mắt người đối với các bước sóng khác nhau trong khi đó công suất
quang cho ta thấy toàn bộ năng lượng của ánh sáng được bức xạ ra dù cho mắt người
có cảm nhận được hay không).
GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc
SVTH: Nghiên Văn Toản
26
2.2
Các phương pháp điều chế và điều chỉnh độ sáng trong VLC
Trong truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy, các đèn LED vừa có nhiệm vụ
truyền thông tin không dây, vừa có nhiệm vụ chiếu sáng nên ánh sáng phát ra từ các
đèn LED phải đáp ứng được 3 yêu cầu sau: không có hiện tượng nhấp nháy, có thể
điều khiển độ sáng và cường độ sáng phải đủ cho nhu cầu chiếu sáng.
Như chúng ta đã biết, việc truyền thông bằng ánh sáng dựa trên phương pháp
thay đổi cường độ của ánh sáng phát ra từ các đèn LED. Việc điều chế thông tin vào
ánh sáng của các đèn LED sẽ làm cho cường độ sáng của LED thay đổi có thể gây ảnh
hưởng không tốt đối với mắt người. Để tránh điều này, sự thay đổi cường độ ánh sáng
phải nằm trong khoảng thời gian thay đổi tối đa cho phép MFTP (Maximum
Flickering Time Period).
MFTP được định nghĩa là thời gian tối đa mà cường độ ánh sáng có thể thay đổi
mà mắt người không thể cảm nhận được. Tần số thay đổi lớn hơn 200 Hz (ứng với
MFTP<5ms) được coi là an toàn với mắt người, chính vì vậy các phương pháp điều
chế trong VLC phải đáp ứng được giá trị MFTP này.
Một vấn đề khác nữa là để tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả, chúng ta
phải sử dụng thêm một phương pháp điều chỉnh ánh sáng hỗ trợ trong quá trình điều
chế (Dimming Method- DS). Tức là cho phép người sử dụng có thể tăng hay giảm độ
sáng đến một giới hạn nào đó, trong khi quá trình truyền thông tin vẫn được thực hiện.
Do mắt người thích ứng với sự giảm mức độ sáng bằng cách mở rộng con ngươi
để cho phép nhiều áng sáng đi vào mắt hơn. Sự thích ứng của mắt người sẽ gây ra sự
khác biệt giữa mức độ ánh sáng đo được (Measured Levels of Light-MLL) và mức độ
ánh sáng nhận biết được (Peceived Levels Of Light-PLL). Mối quan hệ giữa hai đại
lượng này được cho bởi công thức 2.4
2.4
Từ hình 2.5 ta thấy, ánh sáng đèn giảm ở mức 10% của MLL tương ứng với mức 32%
của PLL, do vậy phải có một khoảng điều chỉnh ánh sáng đủ lớn, trong khoảng 0.1 –
100%.
GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc
SVTH: Nghiên Văn Toản
27
Hình 2.5: Mối quan hệ giữa PLL và MLL.
Do ánh sáng phát ra từ các đèn LED vừa dùng để chiếu sáng, vừa dụng để truyền
thông tin không dây. Nên ta phải có các phương pháp mã hóa và điều chế thông tin
phù hợp, để ánh sáng phát ra không bị hiện tượng nhấp nháy, có độ sáng phù hợp cho
mục đích chiếu sáng và đặc biệt là có thể điều chỉnh được cường độ sáng.
GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc
SVTH: Nghiên Văn Toản
