Top Banner
เทคนิคผลตอบสนองบางสวนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการสื ่อสารไรสายดวยแสง ที ่มองเห็นภายในอาคาร MR. ADISORN KAEWPUKDEE TELECOMMUNICATIONS ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY NAKHON PATHOM RAJABHAT UNIVERSITY
18

เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ...

Mar 02, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

เทคนิคผลตอบสนองบางสวนควรจะเป็นมากสุดสําหรับระบบการสื่อสารไรสายดวยแสงที่มองเห็นภายในอาคาร

MR. ADISORN KAEWPUKDEETELECOMMUNICATIONS ENGINEERINGFACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYNAKHON PATHOM RAJABHAT UNIVERSITY

Page 2: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

OUTLINES

Introduction Visible light communication system Channel response LED response Equalizer Design Results Conclusion

Page 3: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

INTRODUCTION

ปัจจุบันเทคโนโลยีการใหแสงสวางจากแอลอีดี (LED: light emitting diode) เริ่มถูกนํามาแทนหลอดฟูออเรสเซนต (florescent lamp) และหลอดอินแคนเดสเซนต (incandescent lamp) ท่ีใหแสงสวางภายในอาคาร เน่ืองจากมีขอดีมากมายเม่ือเทียบกับเทคโนโลยีการใหแสงสวางแบบท่ีใชกันท่ัวไป เชน ใชพลังงานไฟฟานอย มีอายุการท่ีใชงานท่ียาวนาน มีขนาดท่ีเล็ก สามารถตอบสนองความถ่ีสูงไดดี และระบายความรอนไดดี เป็นตน

หลอดแอลอีดีสีขาว (white LED) จะกลายเป็นอุปกรณท่ีสําคัญ นํามาใชเพื่อใหแสงสวางภายในอาคารอยางแพรหลาย ซึ่งนอกจากใหความสวางแลวยังสามารถนํามาเป็นตัวสงสัญญาณขอมูลของการสื่อสารไรสายดวยแสงในรูปแบบขอมูลตาง ๆ อาทิเชน สงสัญญาณแอนะล็อก สงสัญญาณดิจิทัล เป็นตน รูปแบบการสงขอมูลดวยแสงน้ีมีชื่ อเรียกวา การสื่อสารดวยแสงท่ีมองเห็น (VLC: visible light communication) โดยใชแอลอีดีสีขาว

Page 4: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

นอกจากน้ียังพบวาวงจรภาครับแบบที่ใชกันทั่วไป (conventional receiver) ในระบบ VLC มีลักษณะเป็นแบบแอนะล็อก ซึ่งทําใหการตรวจหาขอมูลมีสมรรถนะไมดีเทาที่ควร ดังนั้นงานวิจัยฉบับน้ีนําเสนอการออกแบบวงจรภาครับโดยใชเทคนิคผลตอบสนองบางสวนควรจะเป็นมากสุด (PRML: partial-response maximum-likelihood) ซึ่งมีลักษณะเป็นแบบดิจิทัล สําหรับระบบการสื่อสารไรสายดวยแสงที่มองเห็นภายในอาคาร ซึ่งจากการทดลองในระบบ VLC ภายในอาคารที่ติดตัง้ตัวสงไวบนเพดานเพ่ือแพรกระจายแสงสวางใหทั่วพ้ืนที่ของหอง และตัวรับสัญญาณ (โฟโตไอโอด) วางอยูบนโตะ ณ อัตราการสงขอมูลแบบตาง ๆ พบวาวงจรภาครับที่นําเสนอมีสมรรถนะดีกวาวงจรภาครับแบบที่ใชกันทัว่ไป

• สเปคตรัมแสงที่สามารถมองเห็น มีความยาวคล่ืน ประมาณ 400 –700 นาโนเมตร

INTRODUCTION

Page 5: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

VLC SYSTEM แสดงแบบจําลองของหองท่ีมีขนาด 5 x 5 x 3 เมตร โดยตัวสง (transmitter) จะใช

หลอดแอลอีดีแบบอารเรยติดตัง้บนเพดานหองเพื่อแพรกระจายแสงสวางไปบริเวณรอบ ๆ หอง และตัวรับ (receiver) จะใชโฟโตไดโอดท่ีวางบนโตะทํางานท่ีสูงจากพื้น 0.85 เมตร

กําหนดใหมีรูปแบบการแพรกระจายแบบแลมเบอรเซียน (Lambertian radiation), mคือเลขลําดับการแพรของแสงแบบแลมเบอรเซยีนซึ่งนิยามโดย

นอกจากน้ีคาความเขมแสงท่ีไดรับจะเปล่ียนแปลงไปตามมุมระหวางตัวรับแสงกับตัวสงแสง โดยคาความสวางในแนวขนานกับพื้นหองหาไดจากสมการท่ี (5)

( ) (0)cos ( )mI I (1)

1/2ln(2) / ln(cos )m (2)

Page 6: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

ตัวรับสัญญาณไดรับแสงจากแอลอีดีโดยตรง (direct light)

2 ( )cos( ) ;00

0 ;

rxo c

LOS

c

A RH d

Direct Light.

(3)

Page 7: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

LED Array

Ceiling

ReceiverReceiver plane

wall

wall

1d

2d

1/2half power semi-angle

FOV(field of view)

c

LED Array

Ceiling

ReceiverReceiver plane

wall

wall

1d

2d

1/2half power semi-angle

FOV(field of view)

c

ตัวรับสัญญาณไดรับแสงจากแอลอีดีท่ีผานการสะทอนจากผนังหอง (reflection light)

2 21 2

( )( )( ) cos( )

cos( ) ( )g( )cos( ) ;00

0 ;

rxo wall

s creflection

c

A R dAd d

TdH

Reflection light.

(4)

Page 8: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

พารามิเตอร ขนาด พารามิเตอร ขนาดRoom size 5 x 5 x 3 m3 Wall reflectivity 0.7

Desk height from the ceiling 2.15 m FOV at the receiver 120๐

Single LED power PLED 30 mW Detector physical area of PD 1.0 cm2

LED response time 150 ns Transmission coefficient of optical filter 1.0

Semi-angle at half power 70๐ Refractive index of lens at PD 1.5

Number of LEDs arrays 4 Photodiode responsivity (R) 0.4

Number of LEDs per array 25 (5 x 5) Turning Parameter (P) 2LED pitch 1 cm Amplifier noise density 5 pAFloor reflectivity 0.15 Ambient light photocurrent 5840 uA

Ceiling reflectivity 0.8 Noise-bandwidth factor (I2) 0.562

VLC SYSTEMคาพารามิเตอรท่ีใชในการจําลองระบบ VLC

Page 9: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

2( )( , , )

cos( )hor

IE x y zd

VLC SYSTEM

(5)

,1

0 . 0reflectionsLEDs

irx total tx LOS tx ref

i

P P H P H

(6)

ความเขมแสงในแนวราบ ของหองที่ออกแบบ

คากําลังงานที่ไดรับทัง้หมด รวมแสงที่ไดรับโดยตรง และแสงที่สะทอนจากผนังหอง

Page 10: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

2( ) ( )

j ftH f h t e dt

CHANNEL RESPONSE

,1

0 . 0reflectionsLEDs

irx total tx LOS tx ref

i

P P H P H

(7)

ผลตอบสนองอิมพัลสของระบบ VLC เม่ือตัวรับวางอยู ณ ตําแหนงตามแนวแกน x เทากับ 0.5 เมตร ตามแนวแกน y เทากับ 1.0 เมตร และสูงจากพ้ืนเป็น 0.85 เมตร และใชพารามิเตอรตาง ๆ ตามตารางดานบน ซึ่ งจะเห็นไดวาสัญญาณที่ส งจะมาถึงตัวรับภายใน 10 นาโนวินาที จากนัน้ในชวงเวลา 10 – 20 นาโนวินาที จะเป็นสัญญาณที่สะทอนจากผนังมาถึงตัวรับ

Page 11: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

tLEDh t e

ผลตอบสนองอิมพัลสของแอลอีดี (LED response) เหมือนกับวงจรกรองอันดับแรกของ RC filter.

LED RESPONSE

(8)

r f

pT T

p คือพารามิเตอรปรับแตง, Tr คือเวลาไตขึ้น rise time และ Tf คือเวลาขาลง fall time

Page 12: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

แบบจําลองชองสัญญาณการสื่อสารไรสายดวยแสงที่มองเห็น (VLC) แบบ Conventional & Proposed receiver.

EQUALIZER DESIGN

Page 13: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

( ) ( ) ( ) ( )y t Rx t h t n t

สําหรับวงจรภาครับระบบที่ใชกันทั่วไป สัญญาณที่รับไดจากไฟโตไอโอดจะถูกสงผานวงจรอีควอไลเซอรที่เป็นวงจรกรองแบบแอนะล็อก จากนั้นสัญญาณที่ไดจะถูกขยายดวยวงจรขยายสัญญาณ (amplifier) กอนสงตอไปยังวงจรตรวจหาขีดเริ่มเปล่ียน (threshold detector)

อยางไรก็ตามสําหรับวงจรภาครับที่ใชเทคนิคผลตอบสนองบางสวนควรจะเป็นมากสุด (PRML) สัญญาณ y(t) จะถูกสงไปยังวงจรกรองผานตํ่า (LPF: low-pass filter) และวงจรชักตัวอยาง (sampler) ทําใหไดเป็นลําดับขอมูลตัวอยาง sk และถูกสงไปยังวงจรตรวจหาเพ่ือหาคาประมาณของลําดับขอมูลอินพุต เทคนิคผลตอบสนองบางสวนควรจะเป็นมากสุดเป็นการทํางานรวมกันระหวางอีควอไลเซอรและวงจรตรวจหาวีเทอรบิ (Viterbi detector) โดยจะตองทําการออกแบบอีควอไลเซอรและทารเก็ต (target) ใหเหมาะสมกับระบบ VLC ดังนัน้ถาใหอีควอไลเซอรมีรูปสมการคณิตศาสตรในโดเมน D คือ

EQUALIZER DESIGN

(9)

ˆka

Page 14: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

EQUALIZER DESIGN

K kkk K

F D f D

1

0

L k

kkH D h D

22 ( ) ( )k k k k kE w E s f a h

ขอผิดพลาดที่ไดจากการออกแบบทารเก็ต

เม่ือ D คือตัวดําเนินการหนวงเวลาหน่ึงหนวย, K คือเลขจํานวนเต็มบวก, และ 2K + 1 คือจํานวนแท็ปหรือสัมประสิทธิข์องอีควอไลเซอร ในทํานองเดียวกันกําหนดใหทารเก็ตทีมี่จํานวนแท็ปเทากับ L แท็ป ก็สามารถเขียนใหอยูในรูปสมการคณิตศาสตรในโดเมน D

(10)

(11)

(12)

Page 15: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

RESULTSเปรียบเทียบสมรรถนะระบบ VLC ระหวาง Conventional กับที่ Proposedดวยอัตราการขอมูลที่ 50 และ 100 เมกะบิตตอวินาที

Page 16: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

เปรียบเทียบสมรรถนะระบบ VLC ดวยอัตราการขอมูลที่ 50 , 100, 150 และ 200 เมกะบิตตอวินาที

RESULTS

Page 17: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

CONCLUSION

ระบบการสื่อสารไรสายดวยแสงท่ีมองเห็น (VLC) ภายในอาคารจะมีผลกระทบท่ีเกิดขึ้นกับชองสัญญาณจํานวนมากโดยเฉพาะการแทรกสอดระหวางสัญลักษณ ซึ่งทําใหระบบ VLC ท่ีใชวงจรภาครับแบบท่ีใชกันท่ัวไป (แบบแอนะล็อก) ไมสามารถรับสงขอมูลไดอยางมีประสิทธิภาพ งานวิจัยน้ีจึงไดนําเสนอวงจรภาครับแบบดิจิทัลท่ีใชเทคนิคผลตอบสนองบางสวนควรจะเป็นมากสุดในการออกแบบอีควอไลเซอรและทารเก็ต ซึ่งจากการทดลองพบวาวงจรภาครับแบบท่ีนําเสนอมีสมรรถนะดีกวาวงจรภาครับแบบท่ีใชกันท่ัวไป ณ อัตราการสงขอมูลตาง ๆ นอกจากน้ียังพบวาระบบ VLC จะมีสมรรถนะดอยลง เม่ือระบบใชอัตราการสงขอมูลท่ีสูงขึ้น ตอไปจะทําการออกแบบวงจรภาครับ การมอดูเลทสัญญาณแบบตาง ๆ ท่ีเหมาะสมกับระบบ VLC.

Page 18: เทคนิคผลตอบสนองบางส วนควรจะเป็นมากสุด สําหรับระบบการ ...pws.npru.ac.th/adisorn/data/files/เทคนิคผลตอบสนอง... ·

THANK YOU FOR ATTENTION

Q&A