בעוד הביקוש לנתונים אלחוטיים ממשיך לרקיט, תדר רדיו מסורתי (RF) ספקטרום הופך יותר ויותר מחוספס, מה שגורם לחוקרים ולמנהיגי התעשייה לחקור ערוצי תקשורת חלופיים (VLC) וגרסאות המהירות הגבוהה שלו, Light Fidelity (Li-Fi), הופיעו כמועמדים מבטיחים, תוך מינוף הספקטרום הנראה לעין להעברת נתונים.

הבנה של שלב שינוי: עקרונות וסוגים

שלב מודולציה (PM) היא טכניקה שבה השלב של גל נושא הוא מגוון בהתאם לסימן המידע. בתקשורת אופטית, המוביל הוא בדרך כלל גל אור גלוי או כמעט בלתי נראה שנוצר על ידי LED או דיוודה לייזר.בניגוד amplitude Modulation (AM) או תדירות (FM), שבו מידע מקודד בסימן של מפול או תדירות, PMcodes שינוי נתונים על ידי שלב של גישה יעילה יותר של תמיכה.

מוסד מתמטי

ניתן לבטא את האות המנופל כ-FLT:0 (ב-[[1924]], שם מייצג שלב וריאציות ביחס לסימן המכוון (בביצועים דיגיטליים), השלב לוקח ערכים דיסקרטיים, ויצר את הבסיס למפתחות של שלב (PSK) אך מספר רמות ה-Dubsy (PSK) הופך לדרגה גבוהה יותר (PSK) ל- 2(PSK) {\displaystyle 2=D} ⁇ (D)

שלב המשתנים לעומת Amplitude ו- Frequency Modulation במערכות אופטיות

ב VLC ו- Li-Fi, תוכנית המודולציה הפשוטה ביותר היא על- off keying (OOK), צורה של Modulation amplitude שבו LED מופעל ומחוצה לו לייצג בינארי 1 ו 0. עם זאת, OOK מוגבל על ידי שלב המעבר הסופי של נוריות והוא רגיש מאוד לרעש של כאבי ראש בשלב אור מזווית.

סוגים של שלב Modulation בשימוש ב- Optical Wireless

בפועל, מודולציה שלב אופטי טהור מאתגרת כי רוב LEDs הם מכשירים למחצה כי פולטים אור בלתי יציב.לכן, מערכות Li-Fi ו VLC רבים ליישם את שלב המודולציה ברמת תת-קרקעית החשמל ולא ישירות על המוביל אופטי.

  • (FLT:0) subcarrier שלב-שיפט קילינג (S-PSK): FLT:1; צוללת חשמלית היא בשלב-מודולה, ולאחר מכן משמש כדי לשנות את עוצמת LED.
  • (FLT:0) ,השלב המהותי של שלב-שיפט (DPSK): ההרחבה 1:1 הבדלים בין סמלים מוצלחים משמשים כדי לפענח נתונים, ביטול הצורך בשלב אוסטרטור מקומי.DPSK הוא בשימוש נרחב בסיבים אופטיים והוא מותאם ל- Li-Fi.
  • (FLT:0)Quadrature Amplitude Modulation (QAM): בעוד QAM משלבת גם את amplitude ואת שלב מודולציה, ניתן לראות אותו כסיומת של PSK, המאפשר יעילות ספקטרום גבוה יותר. 16-QAM ו- 64-QAM הם נפוצים במערכות VLC מתקדמות.
  • (FLT:0)Color-Shift Keying (CSKIRLT) 1 A VLC-טכניקה ספציפית המשתמשת בהבדלים בשלב בין ערוצי צבע שונים ב- RGB LEDs. CSK יכול להיחשב צורה של מודולציה שלב על פני שטח הצבעים.

יישום שלב Modulation ב- Li-Fi ו- VLC Systems

שילוב של שלב מודולציה לתוך מערכות Li-Fi ו- VLC מתייחס למגבלות ביצועיות מפתח של שיטות פשוטות המבוססות על אינטנסיביות. Li-Fi, סטנדרטי תחת IEEE 802.11bb, מטרות של עלייה של 1 Gbps, ומודולציה שלב היא מרכזית להשגת מהירויות כאלה. VLC, לעתים קרובות בשימוש במיקומים פנימיים תאורה חכמה, הטבות דומות מהנתונים גבוהים יותר באמצעות חישוב ואמינות.

הגדלת שיעורי נתונים וספקטרליות

Modulation שלב מציע יעילות ספקטרלית גבוהה בהשוואה ל-OOK. עבור רוחב פס נתון, M-PSK יכול לשדר מספר ביטים לסמל, להגדיל באופן דרמטי את שיעור הנתונים הגולמיים.קישורים טיפוסיים של Li-Fi באמצעות נוריות לבנות (פסד') - 20 MOK משיגה בערך 10-50 Mbps. עם QPSK או 16-Q על תת-קליירים, שיעורי נתונים יכולים לעלות על פני 200bsp;

שיפור החדירה וההתמדה

שלב מודציה הוא חזק יותר נגד רעש amplitude, אשר נפוץ בסביבות מקורה בשל אור השמש, תאורה מלאכותית, והשתקפות. in OOK, רמת מתפתל או תנודות אור מחלחל יכול לגרום שגיאות מעט. אותות בשלב-מודולים, כאשר מזוהה coherently, מושפעים פחות על ידי הפרעות אמפיריות כאלה.

יתר על כן, שלב מודולציה מאפשר שימוש של מודולציה הסתגלות, שבו המערכת יכולה לעבור בין BPSK, QPSK ו- PSK סדר גבוה מבוסס על תנאי ערוץ. כאשר הערוץ האופטי הוא ברור (טווח הראייה, מרחק קצר), מודולציה הזמנה גבוהה ניתן להשתמש; כאשר האות חלש או כפוף להפרעה, המערכת יכולה ליפול חזרה יותר תוכניות סדרים נמוכים יותר.

יעילות ספקטרום ו מרובותxing

שלב Modulation הוא מאפשר מפתח עבור מרחבי וגל מספר גדול של צירים ב Li-Fi. בתצורה מרובות-input מרובות- ⁇ (MIMO) תצורה, כל תיקון תאורה יכול לשדר אות בשלב-מודולציה, ואת המקלט יכול להפריד אותם באמצעות עיבוד אותות דיגיטליים. בדומה, גליכי גל-דיוויזינג מרובים (WDM) באמצעות אדום, ירוק, כחול LEDs יכול בשילוב עם שלב על מנת להשיג את קצב התצוגה של מספר 2 של נתונים.

תאימות עם DSP מתקדם ו-DM

מערכות Li-Fi מודרניות מסתמכות רבות על עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) שלב מודולציה תואמת באופן טבעי עם DM, המחלק את רוחב הפס הזמין לתוך תת-קרקעית אוטוקונים רבים.כל תת-קרר יכול להיות מתואם עם רמות PSK או QAM שונות, תוך אופטימיזציה הכוללת באמצעות חישוב.שילוב זה, הידוע בשם D-M-PSK, הוא סטנדרטי ב- IEEE 801, מאפשר התאמה יעילה של תפקוד יעיל.

אתגרים בהטמעת שלב ההחלפה ל- Li-Fi ו-VLC

למרות היתרונות התיאורטיים שלה, שלב מודולציה במערכות אלחוטיות אופטיות ניצבות בפני כמה מכשולים מעשיים.יש לטפל באתגרים אלה לפני שלב-מודול-מודול ממוספר Li-Fi יכול להפוך לטכנולוגיה כלולה.

LED Nonlinearity ו Modulation Bandwidth

רוב נוריות המשמשות תאורה נועדו תאורה, לא תקשורת מהירה גבוהה. הם מפגינים אי-ליניאליות חזקה בפלט הזרקור הנוכחי שלהם, אשר מעוות את המעטפה של האות המנוכרת.עבור תת-קרקעית בשלב-מבודדת, עיוות זה מציג מוצרים בין-מתניים כי derated את גודל השגיאה (EVMבנוסף, את המודולציה הטבוע של רוחב פס לבן מוגבל למספר רב של מקלטים (reperreme) של לייזרים מיוחדים, לאחר טווח איטי יותר (תוספת גבוהה יותר).

מורכבות קבלה ועלויות

גילוי קוהרנטי, אשר נדרש עבור שלב אופטי אמיתי, דורש לייזר אוסטרטור מקומי, היברידיות אופטית, ו photodiodes, אשר כולם יקרים וכבדים בהשוואה ל photodiode הפשוט המשמש בתדירות גבוהה.עבור מוצרי זיהוי לצרכנים Li-Fi, העלות היא גורם קריטי, ולכן, רוב המערכות המעשיות משתמשות במודולציה משנהית באמצעות זיהוי ישיר, שבו המידע הוא נושא של תוכנת אחסון דיגיטלית, אך ורק לאחר מכן דורשות של חומרת אחת, אך ורקמות (D) שימוש באפקטים, אך ורק יותר, אך ורק לאחר מכן דורשות על ידי שימוש באפקטים על ידי עיבוד אלקטרונים, אך ורקמותה, אך ורק יותר, הוא דורשות על ידי מערכת יעילה יותר, אך ורק יותר, אך ורקמותית של חומרת של חומרת של חומרת של חומרת של חומרת אבטחה, אך ורקמות (D-D-D-ד דיגיטלי, הוא דורשות, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, הוא דורש טיפול יעיל יותר, אך ורק לאחר מכן, הוא דורש טיפול יעיל יותר, אך ורקמות (D-ד-ד-ידי שימוש באפקטים, אך ורקמות-ידי שימוש באפקטים, אך ורקמות (D-ד-ד-ד-ד-

ערוצים ושלב רעש

הערוץ האלחוטי אופטי מציג ריבוי של קידוד רב-אופטי (בשל השתקפות של קירות וחפצים) וצלחת. Multipath גורמת לקידודים אדפטיים, אשר יכול לעוות את השלב של תת-החלים ב-DM-PSK. ערוץ estimation ו-Halloation הם חיוניים לצמצום זה.

Flicker ו- Dimming Compatibility

אחת הדרישות העיקריות ל-VLC ול-Le-Fi היא שהתקשורת לא חייבת לגרום ל flicker גלוי, והיא צריכה להיות תואמת ל- dimming (הפחתת תפוקת אור) שלב ארעי, אם לא תוכנן בקפידה, עלולה לגרום לשינויים בעוצמת אופטית ממוצעת, מה שמוביל להתאמה של נתונים סטנדרטיים.

אפשרויות לעתיד ודרכים מחקר

שלב המודולציה צפוי לשחק תפקיד מרכזי בדור הבא של מערכות תקשורת אלחוטיות אופטיות, במיוחד כאשר Li-Fi עובר לקראת מסחריזציה וסטנדרטיזציה של 6G. כמה כיוונים מחקר מבטיח רודף.

שילוב עם Machine Learning for Adaptive Modulation

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לייעל את בחירת סדר שלב ו הקצאת משנה המבוססת על תנאי ערוץ בזמן אמת. סוכני למידה כוח יכול ללמוד את ההחלפה הטובה ביותר בין שיעור נתונים ושיעור שגיאה, להסתגל ככל שהמשתמש נע או כשינויים תאורה מסובכות.זה חשוב במיוחד בתרחישים לנייד.

Li-Fi מבוסס לייזר עבור מהירות גבוהה

השימוש של דידות לייזר (LDs) במקום נוריות פותח את האפשרות של שלב קוהרנטי אמיתי מודולציה ברמה אופטית. לייזרים יש רוחב פס רחב (several GHz) ונכסים קוהרנטיים. החוקרים הוכיחו PSK ו- QAM על קישורים אופטיים חופשיים-מרחב באמצעות לייזרים, השגת שיעורי נתונים מעבר 100 Gbps.

מערכות RF / Optical עם Multi-Level Modulation

רשתות עתידיות כנראה משלבות את RF וקישורים אופטיים.שלב שלב מודציה מציע מסגרת משותפת: לדוגמה, נקודת גישה Wi-Fi יכולה להתמודד עם ניידות וכיסוי, בעוד שנקודת חום Li-Fi מספקת במהירות גבוהה יותר למטה באמצעות 64-QAM על תת-החומרים אופטיים.אותה בסיס דיגיטלי יכול לנהוג הן RF והן במתקני אופטיים, לפשט עיצוב השבבים.

סטנדרט ופיתוח Ecosystem

תקן IEEE 802.11bb תומך במפורש במודולציה של שלב תת-קרר (BPSK, QPSK, 16-QAM) עבור Li-Fi.בינתיים, HGI (Home Gateway Initiative) ו- Li-Fi conortium עובדים על יכולת הדדית. as thesystem גדל, המאפשר טכנולוגיות חזקות כמו נהגים LED יעילים עם תכונות נימוסיות ליניאריות, תמונות בעלות נמוכה עם רוחב פס רחב, משולב ופתרונות זמינים (SoC) יהפכו לפתרונות.

מסקנה

שלב מודציה היא טכניקה בסיסית לקידום תקשורת אור Li-Fi ו Visible מן הנישה מפגינים במהירות גבוהה, מערכות אלחוטיות אמין.היכולת שלה לספק שיעורי נתונים גבוהים יותר, יעילות ספקטרלית טובה יותר, ומשפרת עמידות רעש הופכת אותו הכרחי עבור עמידה בדרישות הגדלות של קישוריות מקורה, בעוד אתגרים נותרים - במיוחד לא ליניאריות LED, עלות, ורעש בשלב זה - על פני סטנדרט גבוה, כמו גם על פני מחסומים אופטיים עתידיים.

(ב) [ה] [ה]]: ראו את תקן IEEE 802.11bb ל- Li-Fi (קישור חיצוני), סקירה מקיפה של תוכניות ה-VLC ב-FLT:1FLT:1FLT: סקרי תקשורת ו- TutorialsFLT:2, ואת החזון של Li-Fi עבור רשתות אלחוטיות אלחוטיות של LT:5FLT:5:5: