تکنولوژی های ارتباط بیسیم

لای فای - مفهوم ، باور های غلط و فرصت ها

22 آبان 1396 علی فرقانی اله آبادی
نظر 0

مقدمه:

در این بحث ما ابتدا توضیح خواهیم داد که LiFi چیست و پارامتر های کلیدی در ارتباط با نور مرئی (VLC) را بررسی خواهیم کرد. ما در مورد تصورات غلط بحث خواهیم کرد و تاثیر بالقوه را نشان خواهیم داد. این تکنولوژی میتواند در تعدادی از صنایع موجود و در حال ظهور مورد کاربرد قرار گیرد. 

مفهوم لای فای:

پیش بینی شده است که تا سال 2020، 44 زتابایت داده تولید گردد که این مقدار داده با تعداد ستارگان موجود در جهان هستی برابری میکند. مقدار زیادی از این داده ها توسط ماشین ها تولید میگردد. در این زمینه پیش بینی شده است که تا سال 2020، 80 میلیون دستگاه مبتنی بر اینترنت اشیاء وجود خواهد داشت. 

مثلا در یک توربین بادی در حال حاضر 10 ترابایت داده در روز تولید میگردد. بسیاری از داده های دیجیتال از مبدا خود تا یک برد مشخص و بزرگ به سمت گیرنده خود ارسال میشوند و این ارتباط انتها به انتها اغلب دارای لینک بیسیم است.

در گذشته منابع برای دستیابی به اتصال بیسیم از طیف فرکانس رادیویی (RF) که بر مبنای فرکانس های الکترومغناطیسی بودند استفاده میکردند. این ها فرکانس الکترومغناطیسی تا 300GHz هستند.

در قالب یک دید کلی در طول دهه های آینده حجم اطلاعات به طور فزاینده ای افزایش میابد به طوری که منابع RF (محدوده فرکانس کاری امواج رادیویی) برای این کار کافی نیست. در این مرحله بهتر است به سراغ یک طیف الکترومغناطیسی بسیار وسیع تر رویم.

سرعتی برابر با 300THz (چیزی حدود هزار برابر سرعت فرکانس های رادیویی) در طیف نور مرئی که دارای فرکانس بالاتری نسبت به RF است. در این روش پهنای باند آزاد بسیار بیشتر است.

به جهت آن که در چندین دهه حاضر ارتباط به روش فیبر نوری با استفاده از روش های ارتباطی سبک که به وسیله لیزر انجام میگیرد این منابع را میتوان برای ارتباط داده ها استفاده کرد. با استفاده از مدولاسیون تطبیقی و برنامه نویسی (AMC) ممکن است نسبت سیگنال به نویز(SNR) کمتر از 6dB- حاصل شود.

اولین تکنولوژی که میتواند در جهت تولید سطوح مختلف نورمرئی در انواع طیف نوری آن به کمک ما بیاید چراغ های دیجیتالی (LED) است. 

لای فای مفهوم ارتباط نور مرئی(VLC) را در جهت رسیدن به سرعت و امنیت بالای ارتباطات بیسیم دو طرفه و کاملا شبکه محور، گسترش میدهد که این امر در شکل 1 نشان داده شده است.

توجه داشته باشید که لای فای به کاربر انعطاف میدهد و دارای قابلیت دسترسی چند کاربر به طور همزمان میباشد. 

مزایای لایه شبکه بیسیم لای فای عبارت است از:

1- به میزان زیادی تراکم داده های ارسالی را افزایش میدهد.

2- دارای خواص منحصر به فردی در جهت تامین امنیت لایه فیزیکی شبکه میباشد.

3 - بهره وری انرژی را بهبود میبخشد.

4- دارای قابلیت استفاده در محیط های ذاتا ایمن مانند مناطق پتروشیمی و نفتی که اغلب از ارتباطات رادیویی جلوگیری به عمل میاید را دارد.

با ظهور POE  که در نورپردازی استفاده میشود فرصتی است برای خرد کردن زیر ساخت های شبکه ای موجود برای اتصالات مورد نیاز backhaul بین منبع نور و مودم لای فای به صورت یکپارچه شده میباشد.

باور های غلط در مورد لای فای:

منشا باور های غلط در مورد لای فای موارد زیر است:

"لای فای یک تکنولوژی بر مبنای Line-of-Sight است"

در استفاده از روش تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) در مدلاسیون شدت و تشخیص مستقیم مقیاس داده ها بر اساس نسبت سیگنال به نویز به دست میاید. در یک اتاق اداری معمولی که دارای حداقل سطح روشنایی برای خواندن (چیزی حدود 500 لوکس) میزان SNR در بالای میز بین 40 تا 60 دسیبل است. این به معای آن است که مدلاسیون دیجیتال میتواند در روش OFDM دارای پیوستگی به کار رود.

این به معنای میزان ضعف سیگنال است که سیگنال های بین 46 تا 66 دسیبل برای آن قابل تحمل است.

شکل شماره 2 انتقال تصویر به لپ تاپ را نشان میدهد که در فاصله سه متری از منبع نور انجام میشود. جهت نور به سمت دیوار است و گیرنده انعکاس نور را  دریافت میکند. بنابر این در حالی که یک روی LOS به کار نرفته است اما ویدیو با موفقیت دریافت میشود.

"لای فای در شرایط وجود نور آفتاب کار نمیکند."

نور خورشید دارای یک سیگنال مداخلگر ثابت است و ارتباطی به پهنای باند مورد استفاده در مدلاسیون ندارد. لای فای در فرکانس های بیشتر از 1MHz عمل میکند. بنابراین نور خورشید ثابت بوده و هیچ تاثیری بر خطای بیت (BER) ندارد. این تا زمانی است که گیرنده اشباع نشده باشد.

این به خوبی بر اساس آزمایش های تجربی انجام شده در شرکت pureLiFi نشان داده شده است. میتوانیم از مقوله اشباع شدگی به وسیله الگوریتم های Automatic Gain Control جلوگیری نماییم. بنابراین ما بسیار معتقدیم که نور خورشید سودمند است.از آنجایی که گیرنده های LiFi مبتنی بر سلول خورشیدی را قادر میسازد تا از سلول خورشیدی به طور همزمان هم به عنوان یک دستگاه گیرنده و هم به عنوان تامین کننده انرژی استفاده نمایند. 

"چراغ ها نمیتوانند کم نور باشند"

تکنیک های متفاوتی در مدلاسیون وجود دارد که مبتنی بر Unipolar OFDM بوده که تعداد سطوح ولتاژ روشنایی را افزایش میدهد. این به آن معنی است که میتوانیم با سطح روشنایی بسیار پایی، نرخ بالای داده را منتقل نماییم.

"چراغ ها سوسو میزنند."

پایین ترین فرکانس نور است که در ناحیه ی 1MHz مدلاسیون میشود. نرخ بازسازی صفحه نمایش کامپیوتر ها حدود 100Hz است. این به آن معنی است که نرخ سوسو زدن 10000 بار بیشتر از صفحه نمایش کامپیوتر هاست و نتیجه این که هیچ مشکلی از جهت سوسو زدن وجود ندارد.

"لای فای فقط برای لینک های کوتاه است"

یک مزیت کلیدی آن است که میتوان انتقال لای فای و روشنایی دهی LED را به صورت ترکیبی استفاده نمود. اما با این حال این به آن معنی نیست که هر دو ویژگی همیشه باید با هم استفاده شوند. هر دو این توابع به آسانی میتوانند جدا شوند.

در نتیجه لای فای میتواند به گونه ای بسیار موثر جهت برقراری ارتباطات UPLINK مورد استفاده قرار گیرد آن هم در هنگامی که روشنایی لازم نیست!

بنابر این طیف مادون قرمز برای UPLINK کاملا قابل استفاده است.

ما آزمایشی انجام دادیم که نشان میدهد ارسال اطلاعات با سرعت 1.1GHz تحت فاصله 10 متر با استفاده از LED نوری با توان خروجی 4.5MW انجام میشود.

فرصت های لای فای:

لای فای یک تکنولوژی آماده است که دنیا را تحت تاثیر قرار میدهد. آن میتواند باز گسترده شود. از آن جمله برنامه های کاربردی مبتنی بر اینترنت اشیا، فعال کردن نور به عنوان یک سرویس(Lass) در صنعت نور پردازی، کمک به 5G و فراتر از آن، فعال کردن هوشی جدید، کمک به سیستم های حمل و نقل و موجب افزایش ایمنی جاده ها، ایجاد شبکه ای با امنیت بالا و راه جدیدی برای مانیتورینگ سلامتی

درنهایت میتوان گفت لای فای یک اثر کاتالیزگری برای ادغام دو صنعت ارتباطات بیسیم و صنعت روشنایی است.

نویسنده : Dr.Horland Hass in EdinBurg University

ترجمه: علی فرقانی اله آبادی

 

منبع: وبسایت ieeeexplore.ieee.org

 

تماس با ما

CAPTCHA
لطفا تمام فیلد ها را کامل نمایید .
خراسان رضوی - مشهد - صارمی 20 - پلاک 8
۳۸۸۲۴۱۳۰- ۰۵۱