Công nghệ mạng quang không dây và ứng dụng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài :
“Công nghệ mạng quang không dây và ứng dụng”


Giảng viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN ĐỨC THỦY
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN QUỐC HUY
Lớp : D08VT3
Khoá : 2008-2013
Hệ : ĐH CHÍNH QUY
Hà Nội, 30 tháng 11 /2012
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm: … (Bằng chữ ………………)
Ngày … tháng … năm 2012

Giáo viên phản biện
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
LỜI MỞ ĐẦU
Hệ thống truyền thông quang không dây đã bắt đầu tràn ngập tất cả các lĩnh vực
của cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Các thiết bị như điện thoại di động, PDA, và
các thiết bị ngoại vi máy tính, đang ngày càng kết hợp sử dụng thu phát hồng ngoại
nhằm cung cấp sự thay thế cho vô tuyến để kết nối không dây. Trong đồ án này, em sẽ
xem xét một số đặc điểm của hệ thống truyền thông quang không dây, các tính năng
và kỹ thuật làm việc của hệ thống IR không dây để sử dụng trong thực tế.
Đồ án gồm có ba chương:
Chương 1: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ quang không dây.
Chương 2: Điều chế mã hóa và đa truy nhập.
Chương 3: Tìm hiểu về ứng dụng triển khai mạng quang không dây.
Do kiến thức và khả năng của em còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp này không
tránh khỏi các sai sót. Mong được sự góp ý của các thầy, các cô và các bạn để nội
dung đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Đức Thủy, Viện Khoa học Kỹ thuật

Bưu Điện, đã hướng dẫn em về chuyên môn, phương pháp làm việc để em có thể xây
dựng và hoàn thành nội dung đồ án theo đúng kế hoạch. Em cũng xin gửi lời cảm ơn
chân thành đến các thầy, các cô, các bạn trong Khoa Viễn thông I, Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, anh, chị em cùng tất cả những người
thân và bạn bè, những người đã giành cho em những gì tốt đẹp nhất trong suốt quá
trình học tập để em có được đến hôm nay.
Em xin chân thành cảm ơn !
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU i
v
DANH MỤC HÌNH VẼ ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v
1.3 Sự phát triển của hệ thống truyền thông hồng ngoại 8
1.4 Kênh quang không dây 14
1.5 Thiết kế cơ bản 16
1.6 Nghiên cứu về tiết kiệm năng lượng 17
1.7 Tóm tắt và kết luận 18
2.1 Giới thiệu về điều chế và công nghệ đa truy nhập 20
2.2 Điều chế 20
2.2.1 Điều chế tương tự 20
2.2.2 Điều chế xung 21
Những cách khác để điều chỉnh các tín hiệu tương tư bao gồm việc sử dụng điều chế vị
trí xung (PPM).Điều chế biên độ xung PAM (có nhiễu phụ nên không được ưa chuộng
trong các hệ thống thông tin không dây IR) và điều chế xung thời gian (PDM). Điều chế
sử dụng các kỹ thuật này được thực hiện bằng cách lấy mẫu tín hiệu tương tự và truyền
nó bằng cách sử dụng xung kỹ thuật số điều chế trong biên độ, vị trí hoặc thời gian theo
biên độ của tín hiệu tương tự. Biên độ của sóng mang được điều chế theo đặc tính của các

tín hiệu tương tự. Trong kỹ thuật L-PAM (PAM mức L) thì các bit của dữ liệu được
nhóm lại và truyền như một xung đơn. Biên độ của xung được 21
2.2.3 Điều chế số 23
2.3 Công nghệ đa truy nhập quang 26
2.3.1 Kỹ thuật đa truy nhập điện 26
Ghép kênh điện là một hình thức đáng tin cậy cung cấp truy cập giữa nhiều người sử
dụng, như đã nói ở trên, 2 kỹ thuật điều chế điện sử dụng rộng rãi trong thực tế là TDMA
và CDMA 27
2.3.2 Kỹ thuật đa truy nhập quang 29
Sự ghép kênh quang đề cập tới kỹ thuật mà nhiều người dùng có thể chia sẻ các phương
tiện IR bằng cách sử dụng các tính chất quang. Như đã đề cập ở trên, 2 kỹ thuật được sử
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
dụng trong đa truy nhập quang là đa truy nhập phân chia theo bước sóng WDMA và đa
truy nhập phân chia không gian SDMA. WDMA xác định cách thức mà 29
2.4 Giao thức không dây tiêu chuẩn 33
2.5 Hiệp hội dữ liệu hồng ngoại 33
2.6 Tổng quan Tiêu chuẩn IrDA 35
2.7.2 IrDA thu 39
2.7.3 Thông số kỹ thuật bộ thu phát 40
CHƯƠNG 3: MẠNG KHÔNG DÂY HỒNG NGOẠI 46
3.1 Giới thiệu 46
3.2 Kiến trúc mạng 46
3.3 Thông sô kỹ thuật mạng quang không dây 48
3.3.1 Tiêu chuẩn IEEE 802.11 48
3.3.2 IrDA Air 53
Các giao thức IrDA 1.x đã được chấp nhận rộng rãi bởi nhiều nhà sản xuất cho một loạt
các thiết bị, như máy tính xách tay, PDA, máy in, máy tính, điện thoại di động, vv .Các
giao thức này được thiết kế chủ yếu sử dụng kiến trúc điểm–điểm, trong đó giao diện
quang học có hình nón một góc phát xạ tối đa = 15°. Để mở rộng phương thức truyền
thống điểm-điểm và cho phép hoạt động đa điểm, IrDA đã đề xuất tới hồng ngoại tiên

tiến (AIr), giao thức về kết nối mạng cục bộ trong nhà. Công nghệ này đã được phát triển
trong IBM, bao gồm các nhóm IR, các phòng thí nghiệm của họ ở Zurich và các thành
viên khác của IrDA. AIR lớp vật lý mới (AIR-PHY) sử dụng cổng hồng ngoại góc rộng
có khả năng hoạt động ở góc độ lên đến 60°. Những góc độ truyền thông rộng đã tăng độ
bao phủ không gian, có nghĩa là thu phát không chồng lấn lẫn nhau. Các thiết bị IrDA đã
đưa ra một mức độ tự do cho chuyển vùng. Thay đổi lặp đi lặp lại hiệu quả điều chế 4
xung (4PPM), thay đổi lặp đi lặp lại (VR), mã hóa chương trình cũng đã được áp dụng
cho AIR. Số lần lặp lại được gọi là tỷ lệ lưu (RR) và dao động từ 1 đến 16 (1, 2, 4, hoặc
16), tương ứng với tỷ lệ bit giữa 4Mbps và 250 kbps. Điều này cung cấp một sự linh
động giữa tỷ lệ bit và phạm vi truyền dẫn hoặc chất lượng liên kết. Trong AIr-IrPHY,
máy thu ước tính tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) và thông báo cho các máy phát tốc độ bit
có thể được hỗ trợ. 53
3.4. Mạng Ad Hoc 57
3.4.1Các vấn đề trong thiết kế mạng Ad Hoc 57
3.4.2 Định tuyến trong mạng Ad Hoc hồng ngoại 58
3.4.3 Bảo mật trong mạng Ad Hoc hồng ngoại 59
3.5 Chất lượng dịch vụ QoS 61
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
3.5.1 QoS trong lớp MAC: IEEE 802.11e 62
3.5.2 QoS trong định tuyến 63
3.6 Tương lai mạng hồng ngoại 64
3.7 Ứng dụng triển khai mạng hồng ngoại 65
Đo nhiệt độ 65
Việc thu nhận và đo đạc tia hồng ngoại có thể giúp xác định nhiệt độ của vật từ xa, nếu
chúng là nguồn phát ra các tia thu được. Hình chụp trong phổ hồng ngoại gọi là hình ảnh
nhiệt, hay trong trường hợp vật rất nóng trong NIR hay có thể thấy được gọi là phép đo
nhiệt. Kỹ thuật đo nhiệt độ bằng hồng ngoại được dùng chủ yếu trong quân sự, và ứng
dụng công nghiệp. Kỹ thuật này hiện cũng đang được ứng dụng và dần quen thuộc với thị
trường dân sự như: máy ảnh trên xe hơi; tùy thuộc vào giá thành của các sản phẩm có
được giảm mạnh hay không 65

Kỹ thuật hồng ngoại rất quan trọng với ngành quốc phòng. Những tên lửa không đối
không cự ly gần mà máy bay chiến đấu sử dụng đều có dùng tia hồng ngoại dẫn đường.
Đầu tên lửa lắp thiết bị thăm đò hồng ngoại, tên lửa tự động bám sát làn khói có nhiệt độ
cao của máy bay hoặc nhiệt sinh ra do ma sát giữa vỏ máy bay và không khí khi bay với
tốc độ cao và phá huỷ máy bay 65
Trong chiến tranh vùng Vịnh 1991, để đối phó với tên lửa Skut của Irac, Mỹ dùng đến vệ
tinh cảnh báo. Trên vệ tinh có lắp kính viễn vọng và 6000 linh kiện thăm dò hồng ngoại.
Khi bắt đầu phóng tên lửa Skut, khói ở đuôi tên lửa có nhiệt độ cao bị vệ tinh phát hiện,
truyền số liệu về trung tâm ở mặt đất, tính toán mục tiêu để phóng tên lửa Patriot phá huỷ
tên lửa Skut ở trên không 65
Phát nhiệt 65
Tia hồng ngoại được dùng trong phòng tắm hơi và làm tan tuyết trên cánh máy bay, do da
người và bề mặt cánh máy bay có thể hấp thụ tốt năng lượng của tia hồng ngoại. Một
lượng lớn năng lượng mặt trời cũng nằm trong vùng hồng ngoại. Các vật nóng cỡ vài
trăm độ C như lò sưởi, bếp cũng phát ra bức xạ vật đen có cực đại ở vùng hồng ngoại. Do
vậy tia hồng ngoại còn được gọi là tia nhiệt 65
Truyền thông 65
Dùng để truyền tải thông tin trong mạng nhỏ.Ví dụ như từ máy tính sang máy tính, máy
tính sang điện thoại, điện thoại với điện thoại hoặc các thiết bị hiện đại gia 65
dụng khác 65
KẾT LUẬN 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc mạng LAN không dây IR 3
Hình 1.3 Các cấu hình khác nhau của liên kết IR không dây. Đường chấm
đại diện cho các hình thức khác nhau 4
Hình 1.3 Cấu hình bán khuếch tán 8
Hình 1.4 Thứ tự các nghiên cứu truyền quang không dây 14

Hình 1.5 Mô hình kênh từ năng lượng tín hiệu truyền dòng quang được
tạo ra: 15
Hình 2.1 Điều chế FM/IM 21
Hình 2.2 Điều chế xung mã PCM 22
Hình 2.3 Điều chế xung PCM sử dụng mã Manchester 23
Hình 2.4 Điều chế PSK 24
Hình 2.5 Điều chế FSK 24
36
Hình 2.5 Thành phần vật lý lớp giao thức IrDA 36
Hình 2.6 Ngăn xếp lớp giao thức IrDA 36
39
Hình 2.7 Giới hạn xung hồng ngoại IrDA 39
Hình 2.8 Đặc tính quang học của máy thu phát hồng ngoại 42
Hình 3.1 Mạng Ad hoc 47
Hình 3.2 Mạng kết cấu hạ tầng 48
Hình 3.3 : Lớp vật lý và lơp MAC trong IEEE 802.11 49
Hình 3.4 Phương pháp truy cập cơ bản DCF 51
53
Hình 3.5 Trao đổi RTS /CTS 53
Hình 3.7 Kênh truy cập AIr 55
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hình 3.8 Kiến trúc MAC IEEE 802.11e 62
HCCA là một cơ chế xung đột dựa trên sự tự do, như là PCF trong tiêu
chuẩn IEEE 802.11. Việc đổi mới chính được giới thiệu trong HCCA là khả
năng thăm dò ý kiến các trạm trong nội dung và xung đột thời gian tự do
(CFP) 62
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Giá trị truyền tải điện năng khuếch tán đầu ra cho cấu hình được
theo dõi 6

Bảng 1.2 Các đặc điểm chính của các cấu hình được giới thiệu 9
Bảng 2.1 So sánh các kỹ thuật đa truy cập trên một hệ thống di động 28
Bảng 2.2 So sánh các Công nghệ không dây IrDA, Bluetooth, và WiFi 37
Bảng 2.3 Cường độ tín hiệu tối thiểu và tối đa và Irradiances cho máy phát
và nhận IrDA-Based 43
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page iv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 2: Điều chế, mã hóa và đa truy nhập
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ADR Angle Diversity Receiver Sự đa dạng góc thu
Air Advanced Infrared Cổng hồng ngoại tiên tiến
AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ
AODV AdHoc On-Demand Distance
Vector Routing Protocol
Giao thức định tuyến
vector khoảng cách trong
mạng Ad Hoc theo yêu
cầu
APD Avalanche Photodetector Điốt quang thác
ARQ Automatic Repeat request Lặp lại yêu cầu tự động
ASK Amplitude-Shift Keying Khóa dịch biên độ
AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gaussian trắng bổ
sung
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít
BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
CAS Collision Avoidance Slots Khe tránh xung đột
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
theo mã
CGH Computer-Generated Hologram Máy tạo ảnh ba chiều
CGSR Clustered Gateway Switch Routing Định tuyến chuyển mạch
nhóm cổng

CTS Clear To Send Xóa để gửi
CSMA/CA Carrier SenseMultiple Access With
Collision Avoidance
Đa truy cập nhận biết
sóng mang tránh xung đột
CSMA/CD Carrier SenseMultiple Access With
Collision Detection
Đa truy cập nhận biết
sóng mang phát hiện xung
đột
CW Continuous Wave Sóng liên tục
DBIF Directed Beam Infrared Tia hồng ngoại trực tiếp
DCF Distributed Coordination Function Chức năng phối hợp phân
tán
DFIR Diffuse Infrared Tia hồng ngoại khuếch
tán
DSDV Dynamic Destination Sequenced
Distance Vector
Vector khoảng cách tuần
tự
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 2: Điều chế, mã hóa và đa truy nhập
DSR Dynamic Source Routing Protocol Giao thức định tuyến
nguồn động
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
EDCF Enhanced Distributed Coordination
Function
Chức năng phối hợp phân
bổ cải tiến
EOB End-of-burst Kết thúc burst

EOBC End-of-burst Confirmation Xác nhận kết thúc burst
FDMA Frequency-Division Multiple Access Đa truy cập phân chia
theo tần số
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần
FIR Fast Infrared Tia hồng ngoại nhanh
FM Frequency Modulation Điều chế tần số
FOV Field-Of-View Tầm hoạt động
FSK Frequency-Shift Keying Khóa chuyển tần số
FSR Fisheye State Routing Định tuyến dạng mắt cá
FSO Free-Space Optics Không gian quang tự do
GBN Go-Back-N Trở về N
GSR Global State Routing Định tuyến toàn cầu
HCF Hybrid Coordination Function Phối hợp chức năng hỗn
hợp
IAS Information Access Service Thông tin truy cập dịch
vụ
IM Intensity Modulation Cường độ điều chế
IR Infrared Tia hồng ngoại
IrCOMM Infrared Communication Giao tiếp hồng ngoại
IrDA Infrared Data Association Hiệp hội dữ liệu hồng
ngoại
LAN Local area network Mạng cục bộ
LAR Location Aided Routing Hỗ trợ đinh tuyến vị trí
LED Light Emitting Diode Điốt phát sáng
LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý đường
LOS Line-Of-Sight Đường truyền thẳng
L-PAM Pulse Amplitude Modulation with L
levels
Điều chế xung biên độ
mức L

L-PPM Pulse Position Modulation with L Điều chế xung vị trí mức
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 2: Điều chế, mã hóa và đa truy nhập
levels L
LSMS Line-Strip Multi-beam Systems Hệ thống đa tia đường mở
MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập
MIR Medium Infrared Tiện ích hồng ngoại
MRC Maximum Ratio Combining Tỷ lệ kêt hợp tối đa
MSDS Multi-Spot Diffusing System Hệ thống khuếch tán đa
điểm
NAV Network Allocation Vector Vector chủ động mạng
NRZ Non-Return-to-Zero Trở về không
OBEX Object exchange Trao đổi đối tượng
OOK On-Off-Keying Khóa mở - tắt
OLSR Optimized Link State Routing Định tuyến trạng thái
đường tối ưu
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị kỹ thuật số cá
nhân
PHY PHysical Layer Lớp vật lý
PIN Positive-Intrinsic-Negative PIN
PLL Phase-Locked Loop Vòng lặp khóa pha
PPM Pulse position modulation Điều chế vị trí xung
PSK Phase-shift keying Khóa dịch pha
QDIR Quasi-Diffuse Infrared Hồng ngoại bán khuếch
tán
QoS Quality-of-Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadrature Phase-Shift Keying Khóa pha vuông góc
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RTS Request To Send Yêu cầu gửi
RZ Return-to-Zero Trở về không

SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
không gian
SIR Standard Infrared Chuẩn hồng ngoại
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SW Stop and Wait Cửa sổ đợi
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
theo thời gian
TORA Temporarily Ordered Routing Thuật toán tìm đường
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page vii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 2: Điều chế, mã hóa và đa truy nhập
Algorithm tuần tự theo thời gian
UART Universal Asynchronous Receiver
Transmitter
Máy thu phát không đồng
bộ
VFIR Very Fast Infrared Tia hồng ngoại tôc độ cao
WDMA Wavelength Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
bước sóng
WEP Wired Equivalent Privacy Mã hóa tương đương có
dây
WGN White Gaussian Noise Nhiễu Gaussian trắng
WiFi Wireless Fidelity Mạng cục bộ không dây
WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây cục bộ
ZRP Zone Routing Protocol Giao thức định tuyến
vùng
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page viii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
1.1 Giới thiệu
Trong vài thập kỷ qua, các công nghệ không dây đã có nhu cầu lớn chưa từng có

trong lịch sử. Khách hàng công nghiệp và tư nhân đang đòi hỏi các sản phẩm cho các
ứng dụng ở phạm vi rộng, kết hợp tính năng không dây, cho phép họ trao đổi, tiếp
nhận, hoặc truyền tải thông tin mà không có sự bất tiện của việc phải cố định vào bất
kỳ vị trí cụ thể nào. Máy tính xách tay, Personal Digital Assistants (PDAs), và điện
thoại di động đang trở thành một phần của cuộc sống hàng ngày của một số lượng lớn
mọi người, và tất cả các thiết bị này ngày càng kết hợp công nghệ cho phép hoạt động
mà không cần dây cáp. Những lợi ích của công nghệ không dây mang lại cho người sử
dụng là sự thuận tiện trong tính di động và tính linh hoạt của vị trí thiết bị đầu cuối.
Trong một số ứng dụng, bằng cách sử dụng các giải pháp không dây có thể giảm đáng
kể chi phí và thời gian. Cấu hình của thiết bị đầu cuối máy tính hoặc các hệ thống vi
điều khiển (trong những nơi như phòng thí nghiệm, phòng hội nghị, văn phòng, bệnh
viện, sàn nhà sản xuất, cơ sở giáo dục) có thể được thực hiện với chi phí tương đối rẻ
và nhanh chóng với các mạng không dây. Duy trì và cài đặt lại cấu hình mạng có dây
thường đắt tiền, tốn thời gian, và phức tạp (đặc biệt là trong các tình huống mà cáp cài
đặt ở những nơi không thể tiếp cận). Hơn nữa, dây cáp dễ bị hư hỏng , có thể gây ảnh
hưởng cho hoạt động của mạng. Vô tuyến và tia hồng ngoại (IR) là các phần chính của
quang phổ điện từ được sử dụng để truyền thông tin không dây. "radio" là thuật ngữ
chỉ các bộ phận tần số vô tuyến và vi ba của quang phổ, "IR" đề cập đến phần hồng
ngoại của nó. Hồng ngoại đang trở nên phổ biến hơn mỗi ngày, và nó đang được ưa
thích (do lợi thế vốn có của nó) cho một số ứng dụng trên vô tuyến.
Từ quan điểm quản lý quang phổ, IR cung cấp tiềm năng băng thông rất lớn hiện
đang có trên toàn thế giới mà không bị kiểm soát. Phần vô tuyến của quang phổ hay bị
nghẽn, và việc phân bổ tần số vô tuyến điện ngày càng khó khăn và tốn kém. Một lợi
thế của IR trên sóng vô tuyến là khả năng chống nhiễu điện từ (EMI). Điều này làm
cho IR được lựa chọn trong môi trường nơi mà sự can thiệp từ bên ngoài phải được
giảm thiểu hoặc loại bỏ. Ngoài ra, IR không ảnh hưởng và không bị ảnh hưởng bởi các
tần số vô tuyến điện, trong đó điều này đặc biệt có quan trọng tại các bệnh viện. Có
một số nghiên cứu chỉ ra rằng khi tần số mạng cục bộ vô tuyến (LAN) can thiệp vào
các thiết bị y tế trong vận chuyển và quản lý thông tin bệnh nhân như máy điều hòa
nhịp tim và máy bơm truyền có thể dẫn tới những hậu quả gây tử vong cho bệnh nhân.

Mạng LAN hồng ngoại cung cấp một giải pháp thay thế an toàn và hiệu quả cho các
ứng dụng tương tự. IR cũng trình bày những lợi thế trên sóng vô tuyến về mặt an ninh.
Bởi vì bức xạ IR hoạt động như ánh sáng nhìn thấy, nó không xuyên qua tường, có
nghĩa là năng lượng phát ra hoàn toàn ở trong phòng (giả sử có không có cửa sổ hay
các vật chắn trong suốt giữa các phòng).
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
Điều này ngăn cản các thông tin truyền từ bên ngoài và có ý nghĩa an ninh chống
lại việc nghe trộm. Ngoài ra, IR cung cấp khả năng triển khai không dây nhanh chóng
và linh hoạt của việc thiết lập các liên kết truyền thông tạm thời. Lợi thế hơn nữa của
IR trên vô tuyến bao gồm chi phí thấp, kích thước nhỏ và các thành phần IR tiêu thụ
điện năng thấp. Điều này được giải thích bởi thực tế rằng hệ thống thông tin không dây
IR làm cho việc sử dụng của các thiết bị quang điện tử tương tự đã được phát triển và
cải thiện trong những thập kỷ qua cho truyền thông sợi quang học và các ứng dụng
khác. Một trong những thành phần là các diode phát sáng (LED), do thời gian đáp ứng
nhanh hơn, sản lượng điện cao, và hiệu quả được cải thiện, đang trở thành lựa chọn ưu
tiên cho các ứng dụng quang không dây khoảng cách ngắn. Các thành phần khác đã
được cải thiện đáng kể trong những thập kỷ qua bao gồm các diode laser (LD) và
positive-intrinsic-negative (PIN), đang làm cho tốc độ dữ liệu cao hơn có thể. Mặc dù
có những ưu điểm được trình bày bởi các phương tiện truyền hồng ngoại, nhưng hồng
ngoại vẫn có nhược điểm của nó. Liên kết quang không dây dễ bị chặn từ các cá nhân
và các đối tượng, trong đó có thể dẫn đến sự suy giảm của tín hiệu nhận được, phá vỡ
các liên kết (phụ thuộc vào cấu hình của hệ thống).
Ngoài ra, hệ thống không dây IR thường hoạt động trong các môi trường nguồn
chiếu sáng khác. Ánh sáng nền có một phần năng lượng của nó trong vùng phổ được
sử dụng bởi các máy phát, thu hồng ngoại không dây, và giới hạn tách nhiễu trong
phạm vi của hệ thống các bộ tách sóng quang. Hơn nữa, hệ thống quang không dây
cũng bị ảnh hưởng bởi sự suy giảm độ cao do các tín hiệu hồng ngoại khi truyền qua
không khí, và do các hiện tượng khí quyển như sương mù và tuyết tiếp tục giảm phạm
vi của hệ thống và chất lượng kém của việc truyền dữ liệu khi vận hành ngoài trời.

Một trong những nhược điểm của IR (chẳng hạn như sự suy giảm và nhiễu ánh sáng
nền) có thể được giảm thiểu bằng cách tăng mức năng lượng quang học ở máy phát.
Tuy nhiên, do thực tế là năng lượng phát quang cao từ một số bộ phát có thể có khả
năng gây nguy hiểm cho võng mạc (đã thúc đẩy việc tạo ra các quy định về an toàn
mắt), nên một giới hạn quang điện an toàn và hiệu quả phát ra bởi các máy phát hồng
ngoại không dây. Có tính đến cả những lợi thế và nhược điểm của IR, nó sẽ không
thay thế vô tuyến như là phương tiện duy nhất để truyền thông tin không dây. Có
nhiều khả năng là sóng vô tuyến và IR sẽ tiếp tục hoạt động theo cách bổ sung lẫn
nhau, được sử dụng tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể. IR có thể sẽ tiếp tục được ưa
chuộng trong khoảng cách ngắn, khi cần đảm bảo an ninh, chi phí thấp, và được yêu
cầu chống nhiễu vô tuyến. Vô tuyến rất có thể sẽ tiếp tục được sử dụng để truyền trên
khoảng cách xa hơn trong các tình huống di động yêu cầu chất lượng cao cho các hệ
thống hoạt động trong môi trường nơi mà các điều kiện khí quyển có lợi cho nó hơn
IR.
Ý tưởng của việc sử dụng IR như một phương tiện để truyền thông tin giữa các
thiết bị đầu cuối máy tính mà không cần cáp đã được đề xuất lần đầu tiên vào cuối
năm 1970. Họ đã mô tả cách để kết nối một nhóm các thiết bị đầu cuối máy tính ở tốc
độ thấp trên một khoảng cách ngắn (lên đến 50m) bằng cách sử dụng bức xạ hồng
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
ngoại gần. Trong mô tả của họ, các thiết bị đầu cuối, được nằm trong cùng một phòng,
trao đổi thông tin thông qua một vệ tinh quang điện nằm trên trần nhà.
Vệ tinh quang học này chuyển thông tin bằng cách sử dụng bức xạ hồng ngoại
khuếch tán nằm rải rác như sóng mang để chuyển tải thông tin đến và đi từ các thiết bị
đầu cuối máy tính. Điều khiển của nó được kết nối đến một máy chủ thông qua một
vòng mạng, chẳng hạn như là một trong những minh họa trong hình 1.1, và mỗi vệ
tinh, cũng như các thiết bị đầu cuối máy tính, có một bộ thu phát IR phù hợp bởi một
loạt các đèn LED và photodiodes nhằm theo các hướng khác nhau.
Hệ thống đề xuất bởi Gfeller và các đồng nghiệp bao gồm các tính năng điều
khiển tự động ở máy thu, cho phép họ cân bằng sự thay đổi mức độ tín hiệu gây ra bởi

sự tắc nghẽn có thể xảy ra của liên kết. Ngoài ra, bằng cách sử dụng đặc tính phản
quang của các bức tường và trần nhà, hệ thống được bảo vệ tối đa, tránh sự cần thiết
phải có đường truyền thằng giữa các thiết bị đầu cuối và các vệ tinh quang học. Sự
xung đột giữa đường lên và xuống của liên kết được tránh bằng cách sử dụng các tần
số sóng mang khác nhau với khóa dịch pha (PSK) hoặc điều chế tần số (FM) hoặc sử
dụng các nguồn phát ra ở các bước sóng khác nhau có thể được tách ra ở máy thu bằng
cách sử dụng các bộ lọc quang .

Hình 1.1 Cấu trúc mạng LAN không dây IR
Họ cũng mô tả kỹ thuật cơ bản truyền kép giữa bộ điều khiển và các thiết bị đầu
cuối bằng cách kết hợp phát sóng và các kênh dành riêng, loại bỏ các xung đột từ thiết
bị đầu cuối khác nhau. Từ cuối những năm 1970 cho đến nay, đã có một sự tăng
trưởng theo cấp số nhân của nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông quang học không
dây, và một số sản phẩm thương mại dựa trên công nghệ này đã trở thành hiện thực
Việc tạo ra các tiêu chuẩn cho IR, thông tin vô tuyến cho IR và Bluetooth cho
sóng vô tuyến, nhu cầu ngày càng tăng cho các ứng dụng không dây cho thấy rằng cả
hai công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng. Điều này giải thích lý do tại sao
các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất đang cố gắng để tìm kỹ thuật tốt hơn, hiệu quả
và đáng tin cậy để cung cấp thông tin liên lạc không dây.
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
1.2 Cấu hình hệ thống
Hệ thống quang không dây sử dụng trong nhà và ngoài trời có thể được sắp xếp
trong một số cấu hình tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của một hệ thống. Nhìn chung, cấu
trúc được sử dụng cho các hệ thống thông tin quang không dây trong nhà được phân
loại theo hai tham số:
• Đường dẫn không bị cản trở giữa truyền và nhận (LOS, non-LOS)
• Mức độ định hướng của máy phát, người nhận, hoặc cả hai (định hướng, không
định hướng, hoặc kết hợp).
Các cấu hình khác nhau của các hệ thống quang không dây được minh họa trong

hình 1.2. Trong cấu trúc truyền thằng (LOS), phía phát và phía thu là xem trực tiếp của
nhau, mà không có bất kỳ đối tượng nào cản trở đường truyền. Hệ thống non-LOS, có
thể có những vật cản ngăn chặn đường dẫn dẫn trực tiếp giữa truyền và nhận.
Hình 1.3 Các cấu hình khác nhau của liên kết IR không dây. Đường chấm
đại diện cho các hình thức khác nhau
Cấu hình LOS nâng cao việc sử dụng hiệu quả năng lượng và giảm thiểu biến
dạng. Tuy nhiên, do thực tế rằng sự liên kết của máy phát, máy thu, hoặc đôi khi yêu
cầu cả hai, hạn chế sự linh hoạt của một số hệ thống LOS. Cấu trúc non-LOS tăng
cường liên kết mạnh mẽ vì nó cho phép hệ thống hoạt động ngay cả khi những chướng
ngại vật ngăn chặn các đường dẫn đường trực tiếp giữa các máy phát và thu.
Cấu trúc liên kết có định hướng LOS, còn được gọi là tia hồng ngoại trực tiếp
(DBIF), là cấu hình cung cấp việc sử dụng hiệu quả năng lượng tối đa bởi vì năng
lượng truyền được tập trung
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
vào một hình nón phát xạ hẹp. Điều này cho phép việc sử dụng tầm nhìn (FOV)
thu hẹp, không chỉ cải thiện tiết kiệm năng lượng của liên kết, mà cũng giảm thiểu xác
suất có năng lượng không mong muốn (từ một sự phản xạ tín hiệu hoặc từ năng lượng
không mong muốn tại một bước sóng khác) tác động đến bộ tách sóng, liên quan đến
các yếu tố như méo tín hiệu và nhiễu.
Điều này cũng có nghĩa rằng, so với các cấu hình khác và trong một khoảng cách
nhất định, một hệ thống LOS trực tiếp yêu cầu truyền tải điện năng thấp hơn (do thực
tế là sự khác nhau của chùm tia phát ra là nhỏ, làm tăng mật độ thông lượng điện ở
máy thu). Liên kết không gian quang tự do (FSO) được sử dụng để trao đổi thông tin
giữa các tòa nhà, là những ví dụ tốt của cấu hình này. Hệ thống theo dõi là một trường
hợp đặc biệt của cấu hình LOS trực tiếp. Ở đây, máy phát chỉ thị hoặc nhận được yêu
cầu thực hiện "di chuyển" bằng phương tiện cơ học hoặc quang điện để duy trì một
LOS liên tục trong khi cung cấp di động.
Việc này cung cấp việc sử dụng hiệu quả năng lượng tối đa, tốc độ bit chất lượng
cao, và vùng phủ sóng rộng. Năng lượng được truyền tải cần thiết cho một hệ thống

theo dõi, một số yêu cầu cường độ năng lượng nhỏ hơn năng lượng cần thiết cho một
hệ thống khuếch tán cho tốc độ dữ liệu và phạm vi cụ thể. Điều này được minh họa
trong bảng 1.1, công suất phát yêu cầu cho một hệ thống hoạt động theo khuếch tán và
các cấu hình theo dõi (cho tốc độ dữ liệu khác nhau) được hiển thị. Những giá trị này
đã được được Smith thu trong cho một phòng 4x4m. Trong trường hợp của cấu trúc
LOS, hệ thống phát ra một chùm sáng 200mm ở máy phát, sử dụng bộ tách sóng và
một thấu kính 1cm
2
ở máy thu. Trong trường hợp khuếch tán, hệ thống được sử dụng
kết hợp bộ tách sóng Si PIN 1cm
2
. Một trường hợp đặc biệt của cấu hình LOS trực tiếp
là cấu trúc liên kết di động. Ở đây, thiết bị bán phát LOS cung cấp di động trong khi
vẫn duy trì việc sử dụng hiệu quả năng lượng hợp lý. Góc phát xạ của máy phát trong
một hệ thống di động thường là khoảng 40°, trong khi FOV của máy thu di động là
khoảng 40°, các máy tạo hình ảnh ba chiều (CGHs) đã được sử dụng để cung cấp cấu
hình cho các nhà thiết kế kiểm soát hình dạng của chùm tia phát ra.
Tốc độ bit dữ
liệu (Mbps)
Năng lượng quang (hệ
thống khuếch tán)
Năng lượng quang
(hệ thống theo
dõi)
Năng lượng quang
(hệ thống di động)
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
0.1 3 x 10
-2

W 6 x 10
-7
W 3 x 10
-3
W
0.5 6 x 10
-2
W 8 x 10
-7
W 5.8 x 10
-3
W
1 8 x 10
-2
W 1 x 10
-6
W 8 x 10
-3
W
5 1 x 10
-1
W 3 x 10
-6
W 1 x 10
-2
W
10 2.5 x 10
-1
W 6 x 10
-6

W 2 x 10
-2
W
50 6 x 10
-1
W 9 x 10
-6
W 3 x 10
-2
W
Bảng 1.1 Giá trị truyền tải điện năng khuếch tán đầu ra cho cấu hình được
theo dõi
Mặc dù hệ thống di động có những ưu điểm bao gồm tính di động cao, nguồn dự
trữ năng lượng được cải thiện, và sự biến dạng nhiễu đa đường được giảm tối thiểu (so
với cấu hình khuếch tán), nhưng nó vẫn dễ bị chặn từ con người và các đối tượng.
Tình trạng này có thể được giảm nhẹ đến mức độ nào đó nếu có sự trùng lặp giữa các
ô (và hợp tác giữa các vệ tinh quang học). Khi một trong các đường dẫn di động bị
chặn, các đường dẫn với các ô khác có thể được sử dụng. Ở đây, các nhà nghiên cứu
thiết kế một mạng LAN không dây quang học đã sử dụng cơ sở hạ tầng có dây hiện có
như là xương sống của các vệ tinh quang học, có thể giao tiếp với các nhóm các thiết
bị đầu cuối di động thông qua các chùm tia năng lượng rộng. Những kết quả này cho
thấy năng lượng truyền cần thiết cho một hệ thống di động (hỗ trợ tỷ lệ lỗi bit (BER)
là 10
-9
và tốc độ dữ liệu giữa 100 kbps và 1Gbps) là hơn ba lần về độ lớn so với mức
năng lượng cần cho hệ thống theo dõi. Trong hệ thống LOS, hoặc là máy phát hoặc
máy thu có FOV rộng, trong khi các phần tử khác chỉ có FOV hẹp.
Một hệ thống hỗn hợp LOS điển hình có thể bao gồm một máy phát trực tiếp
giúp tối ưu nguồn năng lượng và khoảng cách của liên kết bằng cách phát ra một chùm
tia rất hẹp tới máy thu, và một máy thu có FOV rộng xóa bỏ các ràng buộc liên kết và

cho phép tiếp nhận các tín hiệu từ các máy phát khác trong phạm vi hoạt động của nó.
Ví dụ về cấu hình này có thể được tìm thấy trong mảng hồng ngoại bán khuếch tán
(QDIR). Một hệ thống bao gồm một trạm gốc (dựa trên một hoạt động hoặc phản xạ
thụ động) gắn liền với trần nhà cung cấp vùng phủ sóng rộng đến một số thiết bị đầu
cuối trong một căn phòng. Thông tin được truyền từ một thiết bị đầu cuối cho hệ thống
này, góc phát ra chùm tia của trạm gốc máy phát rất hẹp trong khi FOV của máy thu
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
là rộng, cho phép các thiết bị đầu cuối nhận được thông tin phản xạ từ các trạm gốc từ
các điểm khác nhau trong phòng. Hệ thống LOS không trực tiếp kết hợp truyền và
nhận (với góc độ phát xạ rất hẹp), không phải hướng vào nhau, hướng vào bề mặt phản
xạ, cho phép liên kết vượt qua các rào cản. Ưu điểm chính của cấu hình này là, ngoài
khả năng khắc phục chướng ngại vật, tín hiệu nhận được sau khi phản xạ là duy nhất,
giảm thiểu phân tán đa đường. Tuy nhiên, do bản chất định hướng của các máy phát và
máy thu nên liên kết dễ bị lỗi.
Một trong những cấu hình được ưa chuộng nhất là non-LOS, hoặc khuếch tán.
Hệ thống làm việc theo cấu hình này (còn được gọi là "khuếch tán hồng ngoại" hoặc
DFIR) sử dụng máy phát phát xạ chùm rộng và máy thu có FOV rộng mà không yêu
cầu đường truyền thẳng, hoặc sự liên kết giữa chúng.
Ở đây, năng lượng hồng ngoại phát ra bởi các máy phát được lan truyền đồng
đều trong một căn phòng bằng cách sử dụng đặc tính phản quang của bức tường và
trần của nó. Điều này có thể do thực tế rằng một số vật liệu thường được sử dụng cho
các văn phòng và các tòa nhà có đặc tính hệ số phản xạ cao và hấp thụ thấp, có nghĩa
là những tổn thất từ sự phản xạ thấp. Hệ thống làm việc theo độ linh động tối đa của
cấu hình khuếch tán hiện nay và có thể hoạt động ngay cả khi có những rào cản giữa
các máy phát và máy thu, mà làm cho nó có cấu trúc liên kết mạnh và linh hoạt.
Mặc dù có những ưu điểm được trình bày bởi các hệ thống DFIR, nhưng cấu
hình này không phải là không có nhược điểm.
Thực tế là truyền tín hiệu quang có thể đến được bộ phát sóng sau khi một hoặc
một vài phản xạ từ các bề mặt xung quanh và các đối tượng chỉ là phân tán tạm thời

(giới hạn tốc độ bit của hệ thống). Phòng lớn hơn, cao hơn thì sẽ xảy ra phân tán đa
đường và tốc độ bit đạt được thấp hơn. Giới hạn tốc độ dữ liệu liên quan đến can thiệp
liên ký tự (intersymbol ) cho cấu trúc liên kết là 260 Mb.m.s
-1
. Ngoài ra, các mức công
suất quang là khác nhau tới các bộ tách sóng (tùy thuộc vào vị trí khuếch tán ánh sáng
của máy thu trong phòng), máy thu cần phải có một phạm vi hoạt động rộng lớn, làm
gia tăng sự phức tạp của hệ thống. Hơn nữa, cần phải lớn hơn kích thước của căn
phòng, yêu cầu cao hơn yêu cầu quang-điện ở máy phát. Một cách để khắc phục những
nhược điểm được trình bày bởi các cấu hình khuếch tán trong khi vẫn duy trì phủ sóng
diện rộng là sử dụng maý phát bán khuếch tán và máy thu đa dạng góc.
Một máy phát bán khuếch tán bao gồm nhiều máy phát chùm tia hẹp trực tiếp
theo các hướng khác nhau và mô phỏng một máy phát phát xạ góc rộng. Một máy thu
đa dạng góc cung cấp phủ sóng diện rộng bằng cách sử dụng nhiều yếu tố, nhận được
tín hiệu theo những hướng khác nhau. Điều này có nghĩa rằng nó cung cấp chất lượng
cao trong khi cho phép việc sử dụng các bộ tách sóng quang nhỏ và nhanh chóng. Các
ưu điểm chính của cấu hình bán lan tỏa khi so sánh với cấu trúc liên kết lan tỏa là giảm
tiêu thụ điện năng và giảm biến dạng đa đường
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
Hình 1.3 Cấu hình bán khuếch tán
a) Máy phát bán khuếch tán
b) Góc đa dạng thu
Một số nhà sản xuất của các hệ thống trong nhà vẫn tiếp tục phát triển ý của một
mạng lưới IR không dây, nhưng do những lợi ích được cung cấp trực tiếp và họ đã lựa
chọn cấu hình kết hợp LOS trong cấu hình khuếch tán. Một ví dụ của một mạng LAN
dựa trên cấu trúc liên kết hỗn hợp LOS là hệ thống VIPSLAN sử dụng trong nhà đã
được sản xuất. Hệ thống này được dựa trên ý tưởng của một nhóm sử dụng máy tính
xách tay trong một căn phòng và có quyền truy cập vào một máy chủ thông qua một
trạm mặt đất đặt trên trần nhà. Hệ thống thương mại khuếch tán thường sử dụng một

số lượng lớn các đèn LED ở máy phát để công suất được đảm bảo tối đa. Ở máy phát
phát ra công suất quang trung bình trong khoảng 100 đến 500mW (ở bước sóng giữa
850 và 950nm)
1.3 Sự phát triển của hệ thống truyền thông hồng ngoại
Hệ thống truyền thông quang không dây đã có lịch sử phát triển rất dài kể từ cuối
những năm 1970 khi IR lần đầu tiên được đề xuất như là một cách thay thế (vô tuyến)
để kết nối các mạng máy tính mà không cần cáp. Kể từ đó, số lượng ngày càng tăng
của các công ty và các tổ chức nghiên cứu đã đầu tư nguồn lực để phát triển các hệ
thống, khai thác những lợi thế của các phương tiện truyền IR và khắc phục nhược
điểm của nó. Phần này trình bày nhận xét các nghiên cứu thực hiện trong lĩnh vực này,
cả trong các cơ sở giáo dục và các công ty, cho các ứng dụng trong nhà và ngoài trời.
Nó giải thích các đặc điểm của hệ thống được đề xuất cũng như tốc độ tối đa đạt được
tại mỗi giai đoạn.
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
LOS Non-LOS
Trực
tiếp
+ Truyền và nhận trực tiếp
+ Chùm tia chuẩn trực phát xạ
ở máy phát
+ FOV hẹp ở phía thu
+ Tỷ lệ bit tối đa
+ Tính di động bị hạn chế
+ Cải thiện hiệu quả năng lượng
+ Tính nhạy cảm cao
+ Tối thiểu hóa đa biến dạng
+ Truyền và nhận không trực tiếp
+ Chùm tia chuẩn trực phát xạ ở
máy phát

+ FOV thu hẹp ở phía thu
+ Tính di động bị hạn chế
+ Sử dụng bề mặt phản chiếu
Khôn
g trực
tiếp
+ Truyền và nhận trực tiếp
+ Chùm tia phát xạ rộng ở máy
phát
+ FOV rộng ở phía thu
+ Tối đa tính di động

+ Truyền và nhận không trực tiếp
rộng chùm tia phát xạ ở máy phát
+ FOV rộng ở phía thu
+ Tối đa tính di động
+ Tối thiểu tính nhạy cảm để ngăn
chặn
+ Tối đa đa biến dạng
+ Tối đa tính linh hoạt và độ mạnh
Kết
hợp
+ Truyền và nhận trực tiếp
+ Chuẩn trực chùm tia phát xạ
ở máy phát và FOV rộng tại
máy thu hoặc chùm tia phát xạ
rộng ở máy phát và FOV hẹp ở
phía thu
+ Tương đối linh động
+ Tương đối nhạy cảm để ngăn

chặn
+ Truyền và nhận không trực tiếp
+ Chuẩn trực chùm tia phát xạ ở
máy phát và FOV rộng tại máy thu
hoặc chùm tia phát xạ rộng ở máy
phát và FOV hẹp ở phía thu
+ Tương đối linh động
+ Tương đối nhạy cảm để ngăn chặn
Bảng 1.2 Các đặc điểm chính của các cấu hình được giới thiệu
IBM là một trong những tổ chức đầu tiên nghiên cứu trên mạng không dây IR.
Các báo cáo đầu tiên về nghiên cứu thử nghiệm của IBM đã được công bố giữa năm
1978 và 1979. Họ mô tả một liên kết song công IR đạt được tốc độ bit 64kbps sử dụng
PSK và một sóng mang tần số 256kHz.
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
Hệ thống bao gồm một vệ tinh quang học có chứa 40GaAs đèn LED, năng lượng
phát xạ là 16mW (ở bước sóng 950nm), và các trạm thiết bị đầu cuối được trang bị với
chín bộ tách sóng quang và 10 đèn LED. Trong hệ thống này, một bộ dao động điều
khiển điện áp (VCO) ở máy phát cung cấp các sóng mang để tạo ra các tín hiệu PSK
được sử dụng để điều chỉnh công suất đầu ra của đèn LED. Việc tính toán khả năng
khai thác và đồng bộ hóa ở phía thu đạt được bằng cách truyền thông tin sử dụng kỹ
thuật chuyển đổi không trở về không (NRZ) và mã trở về không (RZ). Ngoài ra, hai
giai đoạn vòng lặp (PLLs) cung cấp việc tính toán phát hiện tín hiệu và khai thác. Năm
1983, Minami từ Fujitsu mô tả một hệ thống song công hoàn toàn LOS hoạt động theo
cùng một nguyên tắc như các mạng được mô tả bởi Gfeller. Hệ thống này bao gồm
một vệ tinh quang học gắn liền với trần nhà và kết nối với một nút mạng thông qua
một cáp, và một số các thiết bị đầu cuối máy tính thông báo cho máy chủ thông qua vệ
tinh quang học. Nó hoạt động ở tốc độ 19,2kbps với một tỷ lệ lỗi là 10
-6
khi làm việc

dưới ánh sáng huỳnh quang. Bước sóng hoạt động là 880nm. Các nguồn phát được
dựa trên đèn LED (chín cho vệ tinh và năm cho mỗi đầu cuối) với góc phát xạ là 60°,
và máy thu sử dụng bộ tách sóng quang PIN silicon (bốn cho các vệ tinh và hai cho
mỗi trạm). Để tối ưu hóa điện năng tiêu thụ, góc phát xạ của chất truyền dẫn đã giảm
xuống đến 30° thông qua một ống hình chữ nhật. Đề án điều chế được sử dụng là khóa
dịch tần (FSK) qua điều chế cường độ (IM), bộ lọc quang học đã được sử dụng tại các
máy thu để giảm thiểu nhiễu và ánh sáng môi trường xung quanh.
Đến năm 1985, theo báo cáo của Takahashi và Touge trong nhóm nghiên cứu
Fujitsu đã tìm cách cải thiện tốc độ dữ liệu của hệ thống lên đến 48kbps. Đây là phiên
bản mới hơn của hệ thống có thể hoạt động như một cấu hình hỗn hợp LOS trong kiểu
kết nối điểm-đa điểm hoặc như là một cấu trúc liên kết không hướng LOS với kết nối
điểm-điểm. Các cấu hình này được ưa chuộng hơn các cấu trúc liên kết không trực tiếp
non-LOS ở điểm tránh các vấn đề liên quan khuyếch tán đường truyền. Đường xuống
của hệ thống này biểu diễn một góc độ phát xạ rộng (120°), và đường lên có một góc
phát xạ trung bình từ 10 tới 30°. Các bước sóng ưu tiên tiếp tục phải nằm trong phạm
vi 800 đến 900nm. Đối với đề án điều chế này, cần phải sử dụng PSK.
Trong bản báo cáo của mình, họ trình bày một biểu thức để tính toán khoảng
cách liên kết r đạt được từ đường truyền dây trực tiếp
r=
Ở đây, P
s
đại diện cho công suất quang đầu ra từ các máy phát (mW), A
r
là diện
tích hoạt động của diode tách sóng quang, L
1
là hệ số truyền qua của bộ lọc truyền, L
2
là hệ số truyền qua của bộ lọc ở phía thu, P
rm

là công suất quang (mW) để có được một
tỷ lệ nhiễu sóng mang cụ thể ở phía thu, và là nửa góc của năng lượng bức xạ bởi
nguồn quang.
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng quang không dây
Từ biểu thức này, họ tính toán khoảng cách đạt được (tùy thuộc vào FOV), trong
phạm vi từ 10 đến 20m. Trong cùng năm (1985), các nhà nghiên cứu từ hai công ty
khác (Hitachi và HP Labs) trình bày nghiên cứu của mình trong lĩnh vực truyền thông
không dây IR. Trong trường hợp của Hitachi, Nakata đã báo cáo một hệ thống mạng
LOS trực tiếp thay thế các vệ tinh quang học trên trần nhà với một bộ phản xạ quang.
Hệ thống này đã đạt được tốc độ dữ liệu lên đến 1Mbps với BER nhỏ hơn 10
-7
cho
khoảng cách 5m. Điều này đạt được bằng cách sử dụng các mảng đèn LED cung cấp
một sức mạnh phát xạ lên tới 300mW (cả hai đơn vị thiết bị đầu cuối và mảng phản xạ
có các đèn LED). Trong trường hợp của các đơn vị thiết bị đầu cuối, các chùm tia phát
ra được tập trung thông qua một thấu kính để thu hẹp góc 10° và tập trung năng lượng
phản xạ. Góc phát xạ của bộ phản xạ là 120°. Đối với bộ tách sóng tại các thiết bị đầu
cuối thu phát và phản xạ, hệ thống sử dụng diode tách sóng quang PIN. Phía thu cũng
được tích hợp một ống kính Fresnel giúp cung cấp tăng quang. Việc sử dụng một phần
tử quang học như vậy có thể do thực tế là năng lượng đến máy thu chỉ từ hướng của
các phản xạ, trong đó có sự thay đổi tiêu điểm bắt đầu làm sự thay đổi góc ở lối vào
của thấu kính là tối thiểu. Để tạo điều kiện thuận lợi cho sự liên kết giữa các phản xạ
và các thiết bị đầu cuối (đặc biệt là nếu các thiết bị đầu cuối đã được chuyển đến một
vị trí mới), thu phát của thiết bị đầu cuối đã có đơn vị quang học tách ra từ các trạm
chính và kết nối với nó thông qua một cầu nối linh hoạt.
Đề án điều chế được sử dụng cho hệ thống này là tương tự như sử dụng cho các
phiên bản mạng không dây quang học đầu tiên của Fujitsu: FSK. Liên quan đến hệ
thống mạng IR phát triển bởi Hewlett-Packard, Yên và Crawford công bố kết quả của
họ vào năm 1985.

Hệ thống này (tương tự như những báo cáo của Fujitsu và IBM) được dựa trên ý
tưởng của một vệ tinh quang học có thể được gắn vào trần nhà giao tiếp với một số
đơn vị thiết bị đầu cuối. Các cấu hình được sử dụng trong trường hợp này là LOS trực
tiếp (đề xuất như là một cách để giảm thiểu các yêu cầu năng lượng quang học khi so
sánh với cấu hình khuếch tán), và tốc độ dữ liệu của hệ thống này là 1Mbps, đạt được
trong khoảng cách 50m thông qua dãy đèn LED phát ra với một năng lượng tối đa là
165mW. BER đạt được là 10
-9
Các bước sóng được sử dụng cho các máy phát vệ tinh quang học HP là 660nm
và bước sóng thu của vệ tinh là khoảng 880nm. Điều này tạo thành một lựa chọn khác
của bước sóng cho đường xuống, có tính đến 660nm tương ứng với phần nhìn thấy của
phổ điện từ,có nghĩa rằng bất kỳ tín hiệu nào từ các vệ tinh đều có thể được thu được.
Hơn nữa, có thêm nhiễu từ một số nguồn chiếu sáng môi trường xung quanh cao hơn
ở các bước sóng nhìn thấy được. Nhiễu đã được giảm thiểu thông qua một bộ lọc
quang học với bước sóng giới hạn 880nm. Bộ lọc này cũng được sử dụng để tránh
nhiễu từ các tín hiệu của truyền dẫn đường xuống. Số lượng đèn LED được sử dụng
cho các máy phát của các vệ tinh quang học là 108, và chúng đã được bố trí trong một
số cụm điều khiển bởi các trình điều khiển khác nhau để có một số kiểm soát các mô
hình bức xạ phát ra.
NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 11