3 Kỹ thuật mã hóa trong VLC

45



2.3.1 Mã hóa 4B5B và M-4B5B

Mã đường là mô hình sóng của điện áp hoặc dòng điện, sử dụng để đại diện cho

bit 1 và bit 0 của một tín hiệu kỹ thuật số trên một liên kết. Nó giúp cho việc phục hồi

đồng hồ bên phía nhận và loại bỏ các chuỗi dài chỉ gồm các bit 1 và bit 0.

4B5B là mã dường, giúp chuyển một nhóm 4 bit của dữ liệu vào thành một từ mã

5 bit. Các từ mã 5 bit tương ứng với 16 nhóm dữ liệu 4 bit như trong bảng 2.4. Bộ mã

hóa này sẽ mã hóa bằng cách tạo ra một chuyển tiếp khi truyền bit 1 và không chuyển

tiếp khi truyền bit 0. Với cách này sẽ đảm bảo có ít nhất một chuyển tiếp tín hiệu đối

với từng 3 bit một.



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F



4B

5B

M-4B5B

0000

11110

00101

0001

01001

10011

0010

10100

00110

0011

10101

10101

0100

01010

01001

0101

01011

10110

0110

01110

01010

0111

01111

11001

1000

10010

01100

1001

10011

11010

1010

10110

10001

1011

10111

01011

1100

11010

10010

1101

11011

01101

1110

11100

10100

1111

11101

01110

Bảng 2.4: Bảng mã hóa 4B5B và M-4B5B.



4B5B có 3 kiểu tỉ lệ của các bit 0 và 1 ở đầu ra : 4:1(80%, 5); 3:2 (60%, 7); 2:3

(40%, 4). Các tỉ lệ này có nghĩa là sáng khi 1 và tắt khi 0, chênh lệch độ sáng của 4:1

và 2:3 là quá lớn. thay vào đó, ta có thêm mã hóa 4B5B sửa đổi (M-4B5B) không có

mô hình 4:1 như là 0, 7, B, C, D, F trong 4B5B, mà thay vào đó 4B5B sửa đổi sẽ cho tỉ

lệ đầu ra là 3:2 hoặc 2:3.



GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản



46



Hình 2.28: Mã hóa 4B5B và M-4B5B với NRZ-OOK.

Chúng ta có thể thấy ví dụ về sự nhấp nháy của NRZ-OOK khi sử dụng 4B5B và M4B5B.



Hình 2.29: Độ nhấp nháy của NRZ-OOK khi sử dụng 4B5B và M-4B5B.



GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản



47



2.3.2 Mã hóa 4B6B

Mã hóa 4B6B giúp mở rộng mã 4 bit thành 6 bit kí tự với cùng một tỉ lệ giữa các

bit 0 và bit 1 là 3:3 hay 50% chu kỳ làm việc.

0



4B

0000



1



0001



2



0010



3



0011



4



0100



5



0101



6



0110



7



0111



8



1000



9



1001



A



1010



B



1011



C



1100



D



1101



E



1110



F



1111



5B

1111

0

0100

1

1010

0

1010

1

0101

0

0101

1

0111

0

0111

1

1001

0

1001

1

1011

0

1011

1

1101

0

1101

1

1110

0

1110

1



6B

00111

0

00110

1

01001

1

01011

0

01010

1

10001

1

10011

0

10010

1

01100

1

01101

0

01110

0

11000

1

11001

0

10100

1

10101

0

10110

0



Bảng 2.5: Bảng mã hóa 4B6B.

Đặc điểm của 4B6B là chu kỳ làm việc luôn là 50%, có thể phát hiện lỗi bằng số

lượng các bit 0 và bit 1, tuy nhiên lại không thể phát hiện ra sự thay đổi vị trí giữa các

bit 0 và bit 1:

0: 001110 ↔ 001101 : 1

4B6B hỗ trợ phục hồi đồng hồ và dạng sóng DC-Balanced.



GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản



48



Hình 2.30: Mã hóa 4B5B và 4B6B với NRZ-OOK.

Sự khác biệt giữa 4B5B và 4B6B là về độ nhấp nháy của ánh sáng khi vừa chiếu

sáng vừa truyền tin. Với 4B5B thì tỉ lệ chênh lệch rất cao, có thể lên tới 80%, còn với

4B6B thì tỉ lệ này luôn là 50%.



Hình 2.31: Độ nhấp nháy của NRZ-OOK sử dụng 4B5B và 4B6B.

Ngoài ra, trong công nghệ VLC còn sử dụng phương pháp mã hóa tín hiệu FEC

(Forward Error Correction) với mã Reed-Solomon (RS) trước khi tín hiệu được điều

chế. Mã hóa FEC giúp cho phía thu có thể phát hiện lỗi và sửa lỗi, tuy nhiên mã hóa

FEC sẽ làm cho tỉ lệ bit 0 và 1 không cân đối, nó có thể gây ra hiện tượng độ sáng bị

thay đổi. Để khắc phục nhược điểm này, ta sẽ chèn thêm các bit giả nhưng nó vẫn tồn

tại nhược điểm là tốc độ dữ liệu sẽ bị giảm đi.

Trong các phương pháp điều chế NRZ-OOK và VPM, dữ liệu còn được mã hóa

với các mã đường Run-Length Limited (RLL) như Manchester, 8B10B để đảm bảo sự

cân bằng các bit 0 và 1, tránh hiện tượng nhấp nháy của đèn LED khi truyền tin.

Tiêu chuẩn IEEE 802.15.7 cung cấp các loại mã hóa với các tốc độ khác nhau

cho các phương pháp điều chế NRZ-OOK, VPM, R-RZ và CSK…



GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản



49



Hình 2.32: Khối mã hóa và điều chế VPM.



GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản



50

Đ

i

ề

u



Mã

RL

L



V

P

P

M



4B

6B

7.5 MHz



Tốc độ dữ

liệu



1.25 Mb/s



RS(160,12

8)



2 Mb/s



RS(64,32)



3.75 MHz



FEC



RS(64,32)



c

h

ế



Tốc độ xung

clock



2.5 Mb/s



RS(160,12

8)

Không

dùng



4 Mb/s

5 Mb/s



RS(64,32)



8B

10

B



60 MHz



120 MHz



4

C

S

K

8

C

S

K

4

C

S

K

8

C

S

K

GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



12 MHz



9.6 Mb/s

12 Mb/s



RS(160,12

8)



19.2 Mb/s

24 Mb/s



RS(160,12

8)



38.4 Mb/s



RS(64,32)



O

O

K



RS(160,12

8)



RS(64,32)



30 MHz



6 Mb/s



RS(64,32)



15 MHz



48 Mb/s



RS(160,12

8)

Không

dùng



76.8 Mb/s

96 Mb/s



12 Mb/s



RS(64,32)



24 MHz



RS(64,32)



18 Mb/s



RS(64,32)



24 Mb/s



RS(64,32)



36 Mb/s



SVTH: Nghiên Văn Toản



51

1

6

C

S

K

8

C

S

K

1

6

C

S

K



RS(64,32)



48 Mb/s



Không

dùng



72 Mb/s



Không

dùng



96 Mb/s



Bảng 2.6: Tốc độ của các phương pháp điều chế với các loại mã hóa.



GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản



52

2.4



Mô hình kênh thông tin trong VLC



Truyền thông VLC sử dụng phương pháp điều chế cường độ và tách sóng trực

tiếp IM/ DD, trong đó thông tin được mã hóa bằng cách thay đổi cường độ quang tức

thời của nguồn phát. Như vậy, kênh truyền VLC sẽ là một kênh băng gốc tuyến tính

với đáp ứng kênh , nhiễu cộng độc lập với tín hiệu và được mô hình hóa dưới dạng

kênh tạp âm Gaussian trắng cộng AWGN.



HÌNH 2.33: Mô hình kênh truyền VLC IM/DD.

Mô hình kênh truyền VLC được mô tả trong hình 2.33, dòng tách quang sẽ được tính

toán theo biểu thức 2.18:

2

.

1

8

Trong đó:



là công suất quang tức thời.

là đáp ứng xung của kênh.

là nhiễu được cộng độc lập với tín hiệu.



Công suất phát trung bình Pt được tính theo công thức 2.19:

2

.

1

9

Công suất thu trung bình Pr được tính theo công thức 2.20 sau:

2

.

2

0

Trong đó: là độ lợi kênh truyền.

Khác với truyền thông bằng sóng vô tuyến RF, sóng quang sẽ bị giảm mạnh khi

phản xạ (theo mô hình kết nối không trực tiếp None Light of Sight- NLOS) vì vậy ảnh

hưởng đa đường đối với hệ thống VLC là nhỏ hơn. Hơn nữa, do thời gian truyền đa

đường của ánh sáng nhỏ hơn so với chu kỳ của tín hiệu nên có thể loại bỏ được nhiễu

ISI, nó sẽ phù hợp với hệ thống sử dụng ánh sáng trực tiếp và không có các thành phần

đa đường hoặc hệ thống với băng thông từ 10-100 MHz (có chu kỳ tín hiệu dài).

GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản



53



Tuy nhiên, đáp ứng kênh h(t) là một vấn đề rất phức tạp vì nó liên quan đến rất

nhiều vấn đề như: thông số vị trí, kích thước và hướng truyền dẫn của hai máy thu và

phát.

2.4.1 Mô hình kênh truyền VLC trong nhà

Đối với mô hình trong nhà, yêu cầu về độ sáng đầy đủ là vô cùng cần thiết. Để

vừa thực hiện chức năng truyền tin, vừa thực hiện chức năng chiếu sáng thì ta cần một

số lượng đèn LED khá lớn làm nhiệm vụ này. Mô hình được để xuất sau đây phù hợp

với hệ thống VLC trong nhà với nLED, mỗi LED có một đường k để đi tới một

Photodiode và một con đường khác thông qua phản xạ j. Đối với mô hình này, ta cần

xem xét tới 3 đường chính. Đầu tiên từ CAP tới LAAP, thứ hai từ LAAP tới đèn LED

và cuối cùng là từ LED tới các PD theo hai con đường: truyền thẳng và phản xạ, như

trong hình 2.34. với CAP là điểm truy cập thông tin (Communication Access Point),

LAAP là điểm truy cập bảng đèn LED (LED Array Access Point), PD là kết cuối

người dùng như điện thoại, laptop… với bộ phận thu là các Photodiode (PD).



Hình 2.34: Mô hình kênh VLC trong nhà.

Đường từ CAP tới LAAP và từ LAAP tới LED sử dụng đường truyền là cáp kết

nối, còn đường truyền từ LED tới PD là đường truyền vô tuyến, sử dụng sóng mang là

sóng ánh sáng. Ánh sáng được sử dụng có thể là ánh sáng trắng hoặc 3 màu cơ bản là

đỏ, lục và xanh dương. Đối với việc sử dụng sóng mang là 3 màu cơ bản, ta lại cần

phải xem xét thêm một mô hình kênh khác , đó là mô hình dải kênh màu.



GVHD: TH. S. Phan Thị Thanh Ngọc



SVTH: Nghiên Văn Toản