ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DƯƠNG NGUYỄN THÀNH THÁI CẢI THIỆN DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG VLC SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ NYQUIST PAM KẾT HỢP NEURAL NETWORKS IMPROVE CAPACITY OF VLC SYSTEM USING NYQUIST PAM MODULATION AND NEURAL NETWORKS Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019 ffi ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS PHẠM QUANG THÁI Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyền ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Số: /BKĐT KHOA : ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN : VIỄN THÔNG NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN : DƯƠNG NGUYỄN THÀNH THÁI MSHV : 1770554 NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG LỚP:2017 đợt2 Tên đề tài luận văn ( Tiếng Việt Tiếng Anh) : Tên Tiếng Việt: Cải thiện dung lượng hệ thống VLC sử dụng điều chế Nyquist PAM kết hợp neural networks Tên Tiếng Anh : Improve capacity of VLC system using Nyquist PAM modulation and neural networks Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) • Xây dụng mơ hình hệ thống điều chế Nyquist - PAM kết hợp với thuật tốn Neural Network cho hệ thống VLC • Xây dụng mơ hình hệ thống OFDM VLC • Áp dụng mơ hình mơ vào hệ thống VLC dùng OLED sử dụng đo đạc thục nghiệm • So sánh, đánh giá phân tích khả cải thiện dung luợng hệ thống đề nghị luận văn Các kết dụ kiến • Luận văn nêu số ý tổng quan xu huớng tăng trưởng, phát triển hệ thống VLC qua cho thấy cầu sử dụng băng thông dịch vụ tốc độ cao • Luận văn giới thiệu tổng quan hệ thống truyền thông VLC phương pháp Nyquist PAM kết hợp với thuật toán Neural Network vào hệ thống, sở lý thuyết giải thích lý sử dụng phương pháp • Giới thiệu tổng quan, sở lý thuyết hệ thống OFDM VLC • Luận văn sâu vào việc mô matlab qua làm bật khả cải thiện chất lượng hệ thống điều chế Nyquist PAM kết hợp Neural Network • Luận văn mơ thêm hệ thống OFDM để đối chiếu với hệ thống xét • Mơ hệ thống VLC dùng OLED Matlab sử dụng đo đạc thực nghiệm • So sánh, phân tích giải thích khả cải thiện dung lượng hệ thống Ngày giao nhiệm vụ luận văn : 17/01/2018 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 17/06/2018 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn : TS.PHẠM QUANG THÁI Toàn luận văn _ Nội dung yêu cầu LATN thông qua Bộ mơn Ngày tháng năm CHỦ NHIỆM BỘ MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ): Ngày bảo vệ : _ Điểm tổng kết: (Ký ghi rõ họ tên) ỉ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm om chân thành đến thầy hướng dẫn luận văn TS Phạm Quang Thái Trong trình thực luận văn, thầy người nhiệt tình hỗ trợ, dẫn giúp củng cố kiến thức đồng thời vấn đề cốt lõi giúp có định hướng đủng đẳn để hồn thành luận văn Tiếp đến, xin gửi lời cảm om đến thầy cô dạy trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đặc biệt thầy cô Bộ Môn Viễn Thông giúp xây dựng kiến thức tảng, sở để thực luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, quan tâm, động viên để tơi có điều kiện thuận lợi để thực luận vãn Xỉn chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chỉ Minh, ngày 23 tháng 06 năm 2019 DƯƠNG NGUYỄN THÀNH THÁI Luận vãn thạc sỹ HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái 2019 TÓM TẮT Ngày nay, kỷ nguyên truyền thông tin dung lượng lớn bùng nổ Môi trường vô tuyến ngày chật chội với công nghệ gần tiệm cận đến với dung lượng tối đa mà phép truyền Vì vậy, việc chuyển hướng để tìm mơi trường mới, bị ảnh hưởng tác nhân điện trường vốn có nhiều thiết bị hoạt động điều cấp thiết Công nghệ quang thể ứng cử viên xuất sắc năm qua Kéo theo đó, ngày có nhiều cơng trình nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao chất lượng, hiệu suất dung lượng kênh truyền quang Kết luận rằng, với công nghệ quang, việc kết hợp với độ tối ưu có cộng với việc làm đơn giản hóa tăng suất khả sử dụng phổ băng tần giải pháp để giúp công nghệ quang ngày thể ưu việt thay dần môi trường truyền liệu khác “Cải thiện dung lượng hệ thống VLC sử dụng điều chế Nyquist PAM kết hợp mạng nơ ron” hướng nghiên cứu mới, ứng dụng kỹ thuật khác nhằm tăng hiệu suất sử dụng băng thông hệ thống bị giới hạn Đây hướng nghiên cứu quan tâm nhiều nhà khoa học tổ chức khoa học thời gian gần Luận văn tập trung vào thiết kế ba hệ thống nhằm có so sánh cách khách quan cụ thể Với hệ thống Nyquist PAM thông thường, việc dùng giải điều chế PAM có ưu điểm đơn giản hóa máy phát máy thu Tuy nhiên, đánh đổi lại việc hiệu suất băng thông thấp Phát triển lên hệ thống Nyquist PAM dùng nơ rơn để giải điều chế tín hiệu, hệ thống cân phức tạp việc tăng hiệu suất sử dụng phổ lên cao Cuối cùng, luận văn thiết kế thêm hệ thống OFDM hệ thống phổ biến có hiệu suất sử dụng phổ cao để xem rằng, điểm thuận lợi mặt hạn chế hệ thống đồng thời kiểm chứng cách rõ ràng hệ thống với GVHD: TS.Phạm Quang Thái II Luận vãn thạc sỹ HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái 2019 ABSTRACT In the recent years, the era of massive informational transmission is booming The radio envữonment is becoming more and more cramped Accordingly, the technology almost reaches the maximum capacity which is allowed to transmit Therefore, the redirection to find a new environment, less afected by existing electric field because of too many active devices Optical technology has been proven to be an excellent candidate over the years and so, many research work focuses on improving the quality, performance or capacity of optical channel The conclusion is that, with optical technology, combined with its existing optimizationcapabilities plus simplifying or increasing the spectral usability is one of the solution for that help optical technology increasingly shows the superiority and gradually replace other transmission environments “Improve capacity of VLC system using Nyquist PAM modulation and neural network” is a new research direction, applying different techniques to increase the efficiency of bandwidth usage in a system bandwidth limit The thesis focuses on design of three systems in order to have the most objective and clear comparison With the conventional Nyquis PAM system using the PAM demodulator, there is an advantage of the simplicity of the transmitter and receiver However, the trade-off is the lowest bandwidth performance Futher development is the PAM Nyquist system using mạng nơ ron for signal demodulation, this system is a balance between complexity and increased usage Finnally, the thesis will design a OFDM system wich is the most popular and efficent system to conclude the advantages and disadvantages of these system GVHD: TS.Phạm Quang Thái II Luận vãn thạc sỹ HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, TS Phạm Quang Thái hướng dẫn Các lý thuyết, thông số trình bày luận văn trích dẫn từ tài liệu khoa học công bố tổ chức uy tín Các kết mơ trình bày luận văn kết trung thực tơi thực Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 06 năm 2019 Dương Nguyễn Thành Thái GVHD: TS.Phạm Quang Thái II Luận vãn thạc sỹ HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái 2019 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Danh mục bảng số liệu 10 CHƯƠNG 11 MỞ ĐẦU 11 1.1 Lý chọn đề tài 11 CHƯƠNG 15 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1.1 Xu hướng tăng trưởng, phát triển hệ thống thông tin quang VLC 15 2.1.2 Các nghiên cứu liên quan 19 2.1.3 Những vấn đề tồn đọng 21 2.1.4 Kết luận 21 2.2 Sơ đồ khối hệ thống Nyquist +Mạng nơ rơn 22 2.3 Line Coding 26 2.3.1 Non return to zero (NRZ) 28 2.3.2 Return to zero (RZ) 29 2.3.3 Nhận xét chung 31 2.4 Các khối chức hệ thống .31 2.4.1 Khối PAM-M Mapping 31 2.4.2 Khối Up-sampling 32 2.4.3 Khối OLED .33 2.4.4 Photodiode .35 2.5 Bộ lọc Nyquist 38 2.6 Lý thuyết kênh truyền quang 41 2.6.1 2.7 Đáp ứng xung hàm truyền kênh truyền quang .43 Thuật toán Neural - Network [20] 45 2.7.1 Tổng quang 45 2.7.2 Huấn luyện Mạng nơ rơn thuật toán di truyền ngược[20] 50 2.7.3 Những lưu ý dùng thuật toán Mạng nơ ron[21] 51 GVHD: TS.Phạm Quang Thái II Luận vãn thạc sỹ 2.7.4 2.8 HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái 2019 Áp dụng mơ hình Neural vào hệ thống Nyquist PAM đề tài 53 Hệ thống OFDM 56 2.8.1 2.8.2 Nguyên lý làm việc 57 Các khối chức hệ thống 58 CHƯƠNG 61 KẾT QUẢ 61 3.1 Thông số mô 61 3.2 Lưu đồ giải thuật 61 3.2.1 NyquistPAM - Bộ giải điều chế PAM 61 3.2.2 NyquistPAM - mạng nơ rơn 63 3.2.3 3.3 OFDM 64 BER 65 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 94 4.1 Kết luận 94 4.2 Hướng phát triển 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 GVHD: TS.Phạm Quang Thái II ... Tiếng Việt: Cải thiện dung lượng hệ thống VLC sử dụng điều chế Nyquist PAM kết hợp neural networks Tên Tiếng Anh : Improve capacity of VLC system using Nyquist PAM modulation and neural networks. .. dung số liệu ban đầu) • Xây dụng mơ hình hệ thống điều chế Nyquist - PAM kết hợp với thuật toán Neural Network cho hệ thống VLC • Xây dụng mơ hình hệ thống OFDM VLC • Áp dụng mơ hình mơ vào hệ. .. liệu khác Cải thiện dung lượng hệ thống VLC sử dụng điều chế Nyquist PAM kết hợp mạng nơ ron” hướng nghiên cứu mới, ứng dụng kỹ thuật khác nhằm tăng hiệu suất sử dụng băng thông hệ thống bị giới