Войти
Видимый свет - лишь небольшая часть электромагнитного спектра.Связь в видимом свете (VLC ) представляет собой вариант передачи данных, который использует видимый свет в диапазоне от 400 до 800 ТГц (780–375 нм). VLC - это подмножество технологий оптической беспроводной связи.
В технологии используются люминесцентные лампы (обычные лампы, а не специальные устройства связи) для передачи сигналов со скоростью 10 кбит / с или светодиоды со скоростью до 500 Мбит / с. на короткие расстояния. Такие системы, как RONJA, могут передавать данные на полной скорости Ethernet (10 Мбит / с) на расстояния 1-2 км (0,6–1,2 мили).
Специально разработанные электронные устройства, обычно содержащие фотодиод, принимают сигналы от источников света, хотя в некоторых случаях достаточно камеры мобильного телефона или цифровой камеры. Датчик изображения, используемый в этих устройствах, на самом деле представляет собой массив фотодиодов (пикселей), и в некоторых приложениях его использование может быть предпочтительнее одного фотодиода. Такой датчик может обеспечивать либо многоканальность (до 1 пикселя = 1 канал), либо пространственную осведомленность о нескольких источниках света.
VLC может использоваться в качестве среды связи для повсеместных вычислений, потому что светоизлучающие устройства (такие как внутренние / наружные лампы, телевизоры, дорожные знаки, рекламные дисплеи и автомобильные фары / задние фонари ) используются повсеместно.
Даты истории связи в видимом свете (VLC) назад в 1880-е годы в Вашингтоне, округ Колумбия, когда шотландский ученый Александр Грэм Белл изобрел фотофон, который передавал речь на модулированном солнечном свете в течение нескольких сотен ed метров. Это предшествует передаче речи по радио.
Более поздние работы начались в 2003 году в лаборатории Накагава в Университете Кейо, Япония, с использованием светодиодов для передачи данных в видимом свете. С тех пор было проведено множество исследований, посвященных VLC.
В 2006 году исследователи из CICTR в Пенсильвании предложили комбинацию линии связи (PLC) и белого светодиода для обеспечения широкополосного доступа для приложений внутри помещений. Это исследование показало, что VLC может быть развернут как идеальное решение последней мили в будущем.
В январе 2010 года группа исследователей из Сименс и Института связи Фраунгофера, Института Генриха Герца в Берлине продемонстрировала передачу со скоростью 500 Мбит / с с белым светодиодом над расстояние 5 метров (16 футов) и 100 Мбит / с на большее расстояние с использованием пяти светодиодов.
Процесс стандартизации VLC проводится в рамках рабочей группы IEEE 802.15.7.
В декабре 2010 г. г. Клауд, Миннесота, подписал контракт с LVX Миннесота и стал первым, кто начал коммерческое внедрение этой технологии.
В июле 2011 года презентация на TED Global. представили живую демонстрацию видео высокой четкости, передаваемого от стандартной светодиодной лампы, и предложили термин Li-Fi для обозначения подмножества технологии VLC.
В последнее время привлекательной темой стали внутренние системы позиционирования на основе VLC. По прогнозам ABI, это может стать ключевым решением для выхода на «рынок внутренних помещений» стоимостью 5 миллиардов долларов. Публикации поступают из лаборатории Накагава, ByteLight подала патент на систему позиционирования света, использующую цифровое распознавание импульсов светодиодов в марте 2012 года. COWA из Пенсильванского университета и другие исследователи по всему миру.
Еще одно недавнее применение в мире. игрушек благодаря рентабельной и несложной реализации, для которой требуется только один микроконтроллер и один светодиод в качестве оптического интерфейса.
VLC могут использоваться для обеспечения безопасности. Они особенно полезны в сетях датчиков тела и персональных сетях.
В последнее время органические светодиоды (OLED ) использовались в качестве оптических трансиверов для создания каналов связи VLC со скоростью до 10 Мбит / с.
В октябре 2014 года Axrtek запустила коммерческая двунаправленная система RGB LED VLC под названием MOMO, которая передает вниз и вверх со скоростью 300 Мбит / с и с диапазоном 25 футов.
В мае 2015 года Philips сотрудничал с компанией-супермаркетом Carrefour, чтобы предоставить VLC с привязкой к местоположению услуги для смартфонов покупателей в гипермаркете в Лилле, Франция. В июне 2015 года две китайские компании, Kuang-Chi и Ping An Bank, объединились, чтобы представить платежную карту, которая передает информацию через уникальный видимый свет. В марте 2017 года Philips создала первые сервисы VLC на основе определения местоположения для смартфонов покупателей в Германии. Инсталляция была представлена на выставке EuroShop в Дюссельдорфе (5-9 марта). В качестве первого супермаркета в Германии, супермаркет Edeka в Дюссельдорфе-Билке использует систему, которая обеспечивает точность позиционирования до 30 сантиметров, что отвечает особым требованиям розничной торговли продуктами питания. Системы позиционирования внутри помещений, основанные на VLC, могут использоваться в таких местах, как больницы, дома престарелых, склады и большие открытые офисы, для определения местоположения людей и управления роботизированными транспортными средствами в помещении.
Существует беспроводная сеть, которая для передачи данных использует видимый свет и не использует модуляцию интенсивности оптических источников. Идея состоит в том, чтобы использовать генератор вибрации вместо оптических источников для передачи данных.
Для передачи данных требуется модуляция света. Модуляция - это форма, в которой световой сигнал изменяется для представления различных символов. Для того, чтобы данные были декодированы. В отличие от радиопередачи, модуляция VLC требует, чтобы световой сигнал был модулирован вокруг положительного значения постоянного тока, отвечающего за световой аспект лампы. Таким образом, модуляция будет представлять собой переменный сигнал около положительного уровня постоянного тока с достаточно высокой частотой, чтобы быть незаметной для человеческого глаза.
Из-за такого наложения сигналов реализация передатчика VLC обычно требует высокого Эффективный, более мощный и более медленный преобразователь постоянного тока, ответственный за смещение светодиода, который будет обеспечивать освещение, наряду с более низким КПД, более низкой мощностью, но более высокой скоростью отклика усилителя, чтобы синтезировать необходимую модуляцию переменного тока.
Существует несколько доступных методов модуляции, образующих три основные группы: передача с одной несущей с модуляцией (SCMT), передача с модуляцией с несколькими несущими (MCMT) и передача на основе импульсов (PBT).
Модулированная передача с одной несущей содержит методы модуляции, установленные для традиционных форм передачи, таких как радио. Синусоидальная волна добавляется к уровню постоянного тока освещения, позволяя кодировать цифровую информацию в характеристиках волны. Путем переключения между двумя или несколькими различными значениями данной характеристики символы, присвоенные каждому значению, передаются по световому каналу.
Возможные методы: переключение амплитуды (ASK), переключение фазы (PSK) и переключение частоты (FSK). Из этих трех FSK может передавать с большей скоростью передачи, если позволяет легко различать большее количество символов при переключении частоты. Также был предложен дополнительный метод, называемый квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), при котором амплитуда и фаза синусоидального напряжения задаются одновременно, чтобы увеличить возможное количество символов.
Модулированная передача с несколькими несущими работает так же, как и методы модулированной передачи с одной несущей, но включает две или более синусоидальных волны, модулированных для передачи данных. Этот тип модуляции является одним из самых сложных и сложных для синтеза и декодирования. Тем не менее, он дает преимущество в многолучевой передаче, когда приемник не находится в прямой видимости передатчика, и поэтому передача зависит от отражения света другими препятствиями.
Передача на основе импульсов включает в себя методы модуляции, при которых данные кодируются не синусоидальной, а импульсной волной. В отличие от синусоидальных переменных сигналов, в которых периодическое среднее всегда будет нулевым, импульсные волны, основанные на состояниях высокого и низкого уровня, будут представлять наследуемые средние значения. Это дает два основных преимущества для модуляции импульсной передачи:
Благодаря этому Важные преимущества реализации, эти модуляции с возможностью диммирования стандартизированы в IEEE 802.15.7, в котором описаны три метода модуляции: двухпозиционная манипуляция (OOK), переменная импульсная позиционная модуляция (VPPM) и сдвиг цвета. Ключ (CSK).
В методе двухпозиционной манипуляции светодиодный индикатор многократно включается и выключается, а символы различаются по ширине импульса, причем более широкий импульс представляет собой логический высокий «1», тогда как более узкие импульсы представляют логический низкий «0». Поскольку данные кодируются по ширине импульса, отправленная информация повлияет на уровень затемнения, если не будет исправлена: например, поток битов с несколькими высокими значениями «1» будет казаться ярче, чем поток битов с несколькими низкими значениями «0». Чтобы решить эту проблему, для модуляции требуется импульс компенсации, который будет вставляться в период данных всякий раз, когда это необходимо для выравнивания общей яркости. Отсутствие этого символа компенсации может вызвать нежелательное мерцание.
Из-за дополнительного компенсационного импульса модуляция этой волны немного сложнее, чем модуляция VPPM. Однако информацию, закодированную по ширине импульса, легко дифференцировать и декодировать, поэтому сложность передатчика уравновешивается простотой приемника.
Переменная импульсная позиция также многократно включает и выключает светодиод, но кодирует символы на позиции импульса внутри периода данных. Всякий раз, когда импульс находится в непосредственном начале периода данных, передаваемый символ стандартизируется как низкий логический «0», при этом высокий логический «1» состоит из импульсов, которые заканчиваются периодом данных. Поскольку информация кодируется в месте импульса внутри периода данных, оба импульса могут иметь и будут иметь одинаковую ширину, и, таким образом, символ компенсации не требуется. Диммирование выполняется алгоритмом передачи, который соответственно выбирает ширину импульсов данных.
Отсутствие компенсационного импульса делает кодирование VPPM незначительно более простым по сравнению с OOK. Однако немного более сложная демодуляция компенсирует эту простоту метода VPPM. Эта сложность декодирования в основном возникает из-за того, что информация кодируется с разными передними фронтами для каждого символа, что затрудняет выборку в микроконтроллере. Кроме того, чтобы декодировать местоположение импульса в периоде данных, приемник должен быть каким-то образом синхронизирован с передатчиком, точно зная, когда начинается период данных и как долго он длится. Эти характеристики несколько затрудняют реализацию демодуляции сигнала VPPM.
Цветовая манипуляция (CSK), описанная в IEEE 802.15.7, представляет собой схему модуляции на основе модуляции интенсивности для VLC. CSK основан на интенсивности, так как модулированный сигнал приобретает мгновенный цвет, равный физической сумме трех (красный / зеленый / синий) мгновенных значений яркости светодиодов. Этот модулированный сигнал мгновенно перескакивает от символа к символу через различные видимые цвета; следовательно, CSK можно рассматривать как форму сдвига частоты. Однако это мгновенное изменение передаваемого цвета не должно восприниматься человеком из-за ограниченной временной чувствительности человеческого зрения - «критического порога слияния мерцания » (CFF) и «критического порога слияния цветов». "(CCF), оба из которых не могут устранить временные изменения короче 0,01 секунды. Поэтому передачи светодиодов предварительно настроены на усреднение по времени (по CFF и CCF) на определенный постоянный во времени цвет. Таким образом, люди могут воспринимать только этот заданный цвет, который кажется постоянным во времени, но не может воспринимать мгновенный цвет, который быстро меняется во времени. Другими словами, передача CSK поддерживает постоянный усредненный по времени световой поток, даже если последовательность его символов быстро изменяется по цветности.
