HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài : “Nghiên cứu công nghệ truyền thông bằng ánh
sáng nhìn thấy và ứng dụng”

Giảng viên hướng dẫn : ThS. ĐỖ VĂN TRÁNG
Sinh viên thực hiện : PHÍ THANH TÙNG
Lớp : D08VT3
Khoá : 2008-2013
Ngành : Điện tử - Viễn thông
Hệ : Chính quy
Hà Nội, tháng 12 /2012
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Điểm: …………………….……… (Bằng chữ: … ……………….)
Hà Nội, ngày tháng năm 2012
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 4
Đồ án tốt nghiệp dại học Thuật ngữ viết
tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AB Average Brightness Mức sáng trung bình
APD Avalanche Photodiode Diode tách quang thác
AWGN Additive White Gaussian Noise
Tạp âm Gaussian trắng
cộng
BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit
CMOS
Comlementary Metal-Oxide-
Semiconductor
Vi mạch tích hợp
CPC Compound Parabolic Concentrator

LED Light Emitting Diode Diode phát quang
Li-Fi Light Fidelity
Truyền thông không dây sử
dụng ánh sáng nhìn thấy
LOS Line of Sight Đường nhìn thấy
MFTP Maximum Flickering Time Period Thời gian nhấp nháy tối đa
MIMO Multi-Input Multi-Output
Kỹ thuật truyền dẫn đa thu
phát
MLL Mesuared Level of Light Mức ánh sáng đo được
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 6
Đồ án tốt nghiệp dại học Thuật ngữ viết
tắt
NRZ None-Return-to-Zero Không trở về 0
OFDM
Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao
OOK On-Off Keying Khóa bật tắt
PLC Power Line Communication
Truyền thông bằng đường
điện
PLL Perceived Level of Light
Mức độ sáng cảm nhận
được
PoE Power over Ethernet
Cấp nguồn qua cáp
Ethernet
PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung

có thể gây nhiễu lên điều hành máy bay… Mặt khác, sự phát triển mạnh mẽ của Diode
phát quang (Light Emitting Diode – LED) với nhiều ưu điểm như hiệu quả chiếu sáng
cao, tiết kiệm điện năng sẽ giúp hiện thực hóa các ý tưởng sử dụng ánh sáng nhìn thấy
để truyền dẫn thông tin.
Công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light
Communication –VLC) được xem như là một lời giải cho bài toán về băng thông cũng
như các nhược điểm khác của công nghệ truyền thông sử dụng sóng vô tuyến với băng
thông sử dụng gần như không giới hạn, không gây xuyên nhiễu nên có thể sử dụng ở
các môi trường bệnh viện, sân bay. Đặc biệt hơn nữa chúng ta có thể xây dựng hạ tầng
vừa dùng để chiếu sáng vừa dùng để truyền thông sử dụng nguồn phát ánh sáng là các
bóng đèn LED.
Vì vậy, em đã chọn lựa đề tài đồ án tốt nghiệp là “Nghiên cứu công nghệ
truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy và ứng dụng”.
Nội dung đồ án bao gồm ba phần chính sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy
Chương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy
Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền thông bằng ánh sáng nhìn thấy
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 10
Đồ án tốt nghiệp dại học Lời nói đầu
Do thời gian và hiểu biết còn hạn chế nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi rất
nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và ý kiến góp
ý của các bạn độc giả để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo tại Học viện công nghệ Bưu Chính Viễn Thông
đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như thực hiện đồ án, cảm ơn
các thành viên ban quản trị trên diễn đàn www.vntelecom.org đã giúp đỡ em phần tài
liệu để hoàn thành đồ án.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn ThS. Đỗ Văn Tráng – Viện Khoa Học Kỹ
Thuật Bưu Điện đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2012
Sinh viên

VLC chính là một nhánh trong công nghệ truyền thông không dây quang
(Optical Wireless Communications – OWC). OWC sử dụng cả tia hồng ngoại (infra-
red) và tia cực tím (ultra-violet) để truyền thông tin tương tự như ánh sáng nhìn thấy.
Tuy nhiên, chính việc sử dụng năng lượng vừa dùng để chiếu sáng vừa để truyền
thông tin đã khiến cho công nghệ VLC trở nên ưu tú hơn cả.
3. Lịch sử phát triển của Visible Light Communication
Ý tưởng sử dụng ánh sáng nhìn thấy để truyền tải thông tin thực ra không hề
mới mẻ. Từ hàng nghìn năm trước, cách dùng khói để truyền tải thông tin đã được sử
dụng bởi rất nhiều nền văn minh khác nhau (ví dụ như người Mỹ bản địa và người
Roman).
Hình 1.2. Người Mỹ bản địa sử dụng tín hiệu khói
Tiếp theo là hệ thống những ngọn hải đăng đã được xây dựng ở bến cảng với
nhiệm vụ làm hoa tiêu giúp cho các con tàu có thể định hướng khi đang ở trong vùng
biển nguy hiểm bằng cách gửi những chùm sáng nhấp nháy theo chu kỳ. Ngọn hải
đăng đầu tiên mang tên Alexandria được xây dựng vào khoảng năm 280 đến 247 trước
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về VLC
Công Nguyên dưới thời vua Ptolemy II với mục đích hướng dẫn tàu bè vào cảng
Alexandria an toàn, sau này được xếp vào một trong số bảy kỳ quan thế giới cổ đại.
.
Hình 1.3. Hải đăng Alexandria
Nỗ lực đầu tiên trong việc sử dụng ánh sáng nhìn thấy để truyền thông tin sau
này thuộc về nhà khoa học Scotland Alexander Graham Bell, người đã phát minh ra
thiết bị “Photophone” vào ngày 19 tháng 2 năm 1880 tại phòng thí nghiệm ở
Washington, DC cùng với cộng sự của ông Charles Tainer. Thiết bị này cho phép
truyền thông tin nhờ vào ánh sáng mặt trời. Nguyên lý của hoạt động của chiếc điện
thoại này được mô tả như hình 1.4 và 1.5 dưới đây:
• Phía phát:
Ánh sáng sẽ được hội tụ qua thấu kính, đến phía ống nói, tại phần ống này gắn một
chiếc gương mảnh, có thể thay đổi cường độ của ánh sáng chiếu đến theo độ rung của

trong khi vẫn giữ được công dụng chiếu sáng của bóng đèn. Công nghệ sử dụng ánh
sáng để truyền thông tin còn được gọi với cái tên “Li-Fi” (Light Fidelity).
Tuy nhiên, công nghệ VLC hay Li-Fi không hẳn sinh ra để trở thành địch thủ
với Wi-Fi mặc dù VLC được mong đợi như là một giải pháp giải quyết vấn đề quá tải
trong các mạng Wi-Fi hiện nay, nhưng trong tương lai, công nghệ này có thể sẽ không
cung cấp nhiều băng thông cho đường lên (uplink) và do đó mạng Wi-Fi hiện tại sẽ bổ
sung cho vấn đề này.
Chu trình phát triển của công nghệ VLC được thống kê trong bảng 1.1.
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 17
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về VLC
Thời gian Sự kiện
2004
Công bố hệ thống LED truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao đến thiết bị di
động cầm tay tại Nhật Bản.
2005
Thử nghiệm thực tế hệ thống truyền dẫn VLC tới điện thoại di động
với tốc độ 10kb/s và ~Mb/s sử dụng đèn huỳnh quang và LED tại Nhật
Bản.
2007
Thực hiện truyền dẫn VLC từ màn hình LCD sử dụng đèn nền LED tới
thiết bị cầm tay, hãng tivi Fuji, Nhật Bản.
2007
Hiệp hội VLC (VLCC) tại Nhật Bản đưa ra hai chuẩn: Tiêu chuẩn cho
hệ thống định danh sử dụng ánh sáng và tiêu chuẩn cho hệ thống VLC.
Hiệp hội công nghệ thông tin và điện tử Nhật Bản – JEITA đã chấp
nhận các tiêu chuẩn này thông qua hai văn bản JEITA CP-1221 và
JEITA CP-1222.
2008
Phát triển các tiêu chuẩn toàn cầu cho mạng gia đình sử dụng ánh sáng
và hồng ngoại để truyền dẫn thông qua dự án OMEGA của EU.

4.1. Dung lượng
Hình 1.7. Dải tần của sóng ánh sáng nhìn thấy
• Băng thông lớn – Phổ tần của sóng ánh sáng nhìn thấy ước tính lớn gấp 10,000
lần so với phổ sóng vô tuyến và hoàn toàn miễn phí khi sử dụng.
• Mật độ dữ liệu – Công nghệ VLC có thể đạt được mật độ dữ liệu gấp 1000 lần
so với Wi-Fi bởi vì ánh sáng nhìn thấy không xuyên qua vật cản nên chỉ tập
trung trong một không gian trong khi sóng vô tuyến có xu hướng thoát ra và
gây xuyên nhiễu.
• Tốc độ cao – Công nghệ VLC có thể đạt được tốc độ cao nhờ vào nhiễu thấp,
băng thông lớn và cường độ chiếu sáng lớn ở đầu ra.
• Quản lý – Việc quản lý trở nên khá dễ dàng do không gian chiếu sáng chọn lựa
để truyền thông và tín hiệu ánh sáng có thể quan sát được trong khi sóng vô
tuyến không thể quan sát khiến cho việc quản lý trở nên phức tạp hơn nhiều.
4.2. Hiệu năng
• Chi phí thấp – Công nghệ VLC yêu cầu ít thành phần hơn so với công nghệ sử
dụng sóng điện từ.
• Sử dụng đèn LED để chiếu sáng thực sự rất hiệu quả (bóng đèn LED hiện nay
tiết kiệm hơn 50% điện năng so với bóng thông thường) và năng lượng dùng
cho truyền dẫn dữ liệu là không đáng kể.
• Truyền thông dưới nước – Việc truyền thông dưới nước với sóng vô tuyến rất
khó khăn nhưng VLC có thể hoạt động tốt ở môi trường này
4.3. An toàn
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 19
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về VLC
• An toàn – Không cần phải xem xét bất cứ vấn đề nào về an toàn hay sức khỏe
khi sử dụng công nghệ này.
• Không gây ảnh hưởng nguy hiểm – Việc truyền dẫn bằng sóng ánh sáng nhìn
thấy sẽ tránh được các nguy cơ gây nguy hiểm đến một số môi trường khác
(bệnh viện, máy bay …) hay tia lửa điện bắt nguồn từ hệ thống antenna thu phát
sóng điện từ.

rộng rãi).
Hình 1.8. Truyền thông bằng công nghệ PLC
• Truyền thông qua Ethernet (Power over Ethernet – PoE). Việc cấp nguồn và
truyền thông tin qua các bóng LED sẽ được thực hiện thông qua một cáp nối
Ethernet.
Tuy nhiên mặc dù công suất cung cấp giới hạn chỉ vào khoảng 50W đối
với cáp Cat5 nhưng công suất này vẫn hoàn toàn đủ đáp ứng đối với các bóng
LED hiện nay. Cả hai phương pháp trên nổi bật hơn cả bởi nhờ vậy chúng ta
không cần chia phần cấp nguồn cho LED và kết nối dữ liệu thành hai mảng
riêng biệt.
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 21
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về VLC
Hình 1.9. Cấp nguồn và kết nối LED thông qua cáp Ethernet
Công nghệ truyền thông bằng đường điện có ưu điểm là không yêu cầu thêm
bất cứ một kết nối nào vào mạng đèn chiếu sáng có sẵn mà vẫn có thể kết nối và
truyền dữ liệu. Đối với nhu cầu lắp đặt mới, đặc biệt trong các môi trường thương mại,
công nghệ sử dụng cáp Ethernet (PoE) sẽ rất hiệu quả.
Đối với phía thu, do hiện nay các thiết bị điện tử như máy tính để bàn (PC),
máy tính xách tay (Laptop), điện thoại di động, máy nghe nhạc càng ngày càng trở nên
nhỏ gọn và tích hợp được nhiều chức năng nên hoàn toàn có thể tận dụng camera gắn
ngoài của các thiết bị này cũng như tích hợp thêm diode tách quang (Photodetector,
phần tử này sẽ chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện) để biến chúng thành một hệ
thống thu riêng biệt.
Để có thể đưa thông tin vào ánh sáng chúng ta cần phải có các kỹ thuật điều
chế. Có rất nhiều kỹ thuật như điều chế khóa bật tắt (On-Off Keying – OOK), điều chế
độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM), điều chế vị trí xung (Pulse Position
Modulation – PPM), điều chế biên độ xung (Pulse Amplitude Modulation – PAM),
ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing – OFDM) hay điều chế khóa dịch màu (Color-Shift Keying – CSK) và
một số các phương pháp điều chế khác.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của LED như sau:
Khi phân cực thuận cho LED sẽ có dòng bơm qua LED làm cho các điện
tử đang ở vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn. Đây là hiện tượng đảo mật độ do ở
điều kiện bình thường, nồng độ điện tử ở vùng hóa trị sẽ rất lớn so với nồng độ
điện tử ở vùng dẫn nhưng khi được kích thích, các điện tử nhảy mức năng
lượng làm cho nồng độ điện tử ở vùng dẫn lớn hơn so với nồng độ điện tử ở
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 24
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II.Nghiên cứu hệ thống VLC
vùng hóa trị. Đồng thời, dưới tác dụng của điện trường phân cực thuận, các điện
tử từ lớp N sẽ được khuếch tán sang lớp tích cực và các lỗ trống ở lớp P cũng
được khuếch tán sang lớp tích cực. Tại đây, các cặp điện tử và lỗ trống sẽ tái
hợp (re-combine) và phát xạ ra photon ánh sáng. Hiện tượng phát xạ ở đây chủ
yếu là hiện tượng phát xạ tự phát. Hiện tượng này được mô tả 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 sẽ 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 chip bán dẫn xanh (blue) và sau đó được phủ thêm một lớp
phosphor bên ngoài hay còn được gọi tên là “LED màu 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 màu xanh và sẽ phát ra huỳnh quang màu vàng. Sự kết hợp
hai loại màu này sẽ tạo ra ánh sáng trắng. Loại thứ hai là LED cấu tạo với ba chip màu
Sinh viên: Phí Thanh Tùng – D08VT3 25
Bán dẫn loạ
i
n
Bán dẫn loại p
Điện tử
Dải hóa trị