Kablosuz veriler talep gökyüzüne devam ettikçe, geleneksel radyo frekansı (RF) spektrumu giderek artan oranda sıkışık hale geliyor, araştırmacılar ve endüstri liderleri alternatif iletişim kanallarını keşfetmeye çalışıyor. Visible Light Communication (VLC) ve yüksek hızlı değişkeni, Light Fidelity (Li-Fi), gelecekteki verimliliği ve verileri kullanarak önemli avantajlar sunuyor.Bu optik kablosuz sistemlerin performansı büyük ölçüde kullanılan modülasyon tekniklerinin kullanımı ile ilgili olarak, LiFi'nin gelecekteki farklarını araştırıyor.
Faz Modulation: Prensipler ve Türler
Faz modulation (PM) bir taşıyıcı dalgasının aşamasının bilgi sinyaline uygun olarak çeşitli olmasıdır. Optik iletişimde, taşıyıcı genellikle bir LED veya lazer diyot tarafından üretilen görünür veya yakın bir ışık dalgasıdır.Bu yaklaşım, mevcut bant genişliğinin verimli kullanımı ve birim bant genişliğine göre daha yüksek veri oranlarına destek sağlar.
Matematiksel Temel
Fazlı sinyal, standart anahtarlama (PSK) olarak ifade edilebilir: 0, M-PSK için faz varyasyonunu temsil eder.[Dönemli işaretlerde, faz geçişleri için temel alır. (PSK).
Faz Modulation vs. Amplitude and Frekans Modulation in Optical Systems
VLC ve Li-Fi'de, en basit modulation programı, son derece açık olan ses (OOK), LED'in geri döndüğünü ve ikili 1 ve 0'ı temsil etmesi için, OOK LED'lerin sonlu geçiş hızıyla sınırlıdır ve eklenme oranına sahip olmadan kaynak aralığından yararlanılabilir.
Optik Kablosuz Kablosuz Kablosuz
Uygulamada, saf optik faz modülasyonu zordur, çünkü çoğu LED'ler, elektrotsal ışık yayan yarı iletken cihazlardır. Bu nedenle, birçok Li-Fi ve VLC sistemleri elektrik altkarrier seviyesinde doğrudan optik taşıyıcı üzerinde işlem modülasyon uygular. Common teknikler şunlardır:
- [FONT:0)Subcarrier Faz-Shift Keying (S-PSK):[Dönetici: 1 ) Bir elektrik altkarrier fazı ayarlanır ve sonra LED'in yoğunluğunu modüle etmek için kullanılır.
- [FOSK:0)Differential Phase-Shift Keying (DPSK): [Dönetici sembolleri arasındaki faz farklılıkları, yerel osilatör faz referansı için gerekli olan ihtiyacı ortadan kaldırmak için kullanılır. DPSK, fiber optiklerde yaygın olarak kullanılır ve Li-Fi için de uyarılır.
- [FONT=0)Quadrature Amplitude Modulation (QAM): QAM hem amplitüd hem de faz modulation'ı birleştirirken, daha yüksek ⁇ efficimlere izin verebilir. 16-QAM ve 64-QAM gelişmiş VLC sistemlerinde yaygındır.
- [FONT=0) Renkli Anahtarlama (CSK): ), RGB LED'lerdeki farklı renk kanalları arasındaki faz farklarını kullanan özel bir teknik. CSK, renk alanı boyunca bir faz modülasyonu olarak kabul edilebilir.
Li-Fi ve VLC Systems'de Faz Modulation
Li-Fi ve VLC sistemleri ile ilgili faz modülasyonunun entegrasyonu, basit yoğunluk tabanlı yöntemlerdeki önemli performans sınırlamalarını ele alır. Li-Fi, IEEE 802.11bb altında standartlaştırılmış, 1 Gbps'yi aşan hedefler ve faz modülasyonu bu hızlara ulaşmak için merkezidir. VLC, genellikle kapalı konum ve akıllı aydınlatmada kullanılır, aynı zamanda daha yüksek verilerden daha yüksek verilerden de yararlanılır.
Geliştirilmiş Veri Oranları ve Spetral Verimliliği
Faz modulation, OOK'a kıyasla üstün ⁇ verimliliği sunuyor. Verilen bir bant genişliği için M-PSK, etiket başına çok fazla miktarda iletiyi aktarabilir, çiğ veri oranını dramatik bir şekilde artırır. Tipik Li-Fi bağlantıları beyaz LED'leri (OFDM) kullanarak, araştırmacılar, Li-Fi sistemlerini 10-50 Mbps'yi alt kattaki lazer diyotları kullanarak laboratuar ayarlarında başarır.
Geliştirilmiş Signal Integrity ve Gürültü Robustness
Faz modulation, amplifiğe karşı doğal olarak daha sağlam, bu da güneş ışığı nedeniyle kapalı ortamlarda yaygındır, yapay aydınlatma ve yansımalar. OOK'da, bir dkklama seviyesi veya çevre ışık dalgalanması, yavaş fazlar neden olabilir.Bu, DPSK'yi bu kadar düşük maliyetli bir şekilde tespit ettiğinde, yerel bir faz kayması ile hassas bir şekilde kilitleyemez.
Dahası, faz modulation, sistemi BPSK, QPSK ve daha yüksek sipariş PSK arasında kanal koşullarına göre geçiş yapabilir. Optik kanal açık olduğunda (ön-görüler, kısa mesafe), yüksek sipariş modulama kullanılabilir; sinyal zayıf veya müdahaleye tabi olduğunda, sistem daha sağlam daha düşük sipariş şemalarına geri dönebilir.
Spectral Verimlilik ve Çoklu
Faz modulation, Li-Fi'de uzaysal ve dalga boyun eğlendirici için anahtar bir özelliktir. Birden çok-input çoklu- ⁇ (MIMO) konfigürasyonlarda, her aydınlatma fikstürü bir faz ayarlı sinyal iletimi iletebilir ve alıcı, dijital sinyal işleme işlemini kullanabilir. Benzer şekilde, kırmızı, yeşil ve mavi LED'ler, her renk kanalında gerekli sayıda renk akışını kullanarak gerekli renklendirme ile birleştirilebilir.
Gelişmiş DSP ve OFDM ile uyumluluk
Modern Li-Fi sistemleri dijital sinyal işlemeye (DSP) çok yoğun bir şekilde güveniyor (DSP). Modeulation, IEEE 802.11bb'da mevcut bant genişliğini bölen, verimli kanal eşitleme ve adaptif yüklemeye olanak sağlar.
Li-Fi ve VLC için faz Modulations in Implementing faz Modulation for Li-Fi and VLC
Teorik avantajlarına rağmen, optik kablosuz sistemlerde faz modülasyonu birkaç pratik engelle karşı karşıyadır. Bu zorluklar fazlanmış Li-Fi'nin bir ubiquitous teknoloji haline gelebileceğinden önce ele alınmalıdır.
LED doğrusallık ve Modulation Band geniş
Aydınlatmada kullanılan LED'lerin çoğu aydınlatma için tasarlanmıştır, yüksek hızlı iletişim için tasarlanmıştır.Mevcut ışık çıkış özelliklerine güçlü doğrusallık sergiliyorlar, bu da modize edilmiş sinyalin zarfını bozar.For stage-modated subcarriers, this degrad modulation in the error vektör büyüklüğü (EVM Ek olarak, beyaz LED'lerin doğal mod genişliği birkaç megahertz (fotoğraflı sinyal kaynağı için) LiFiziksel olmayan (fotoğraf) için daha genişleyen yüksek modlu modlar için daha genişleyen.
Alıcı Kompleksi ve Maliyet
Gerçek optik faz modülasyon için gerekli olan Coherent algılama, yerel osilatör lazer, optik hibritler ve fotodiodes, tüm bunlar elektrik altkarrier ve alıcıları ile karşılaştırıldığında standart bir fotodiode kullanılarak, bir mixer veya yazılım tabanlı iyileşme için.Bu nedenle, çoğu pratik sistem doğrudan algılama ile subcarrier fazlama gerektirir, o zaman faz bilgisinin elektriksel bir altkarrier ve alıcı ile birlikte yapıldığı ve alıcı, standart bir fotodiode kullanarak takip eder.
Kanal Impairments ve Faz Gürültü
Optik kablosuz kanal multipath propagasyonu ( duvarların ve nesnelerden yansımaları için) ve gölgeleme. Multipath, hangi normal taşıyıcıların fazını bozabilir, 16-PSK, faz marjı bunu azaltmak için çok küçük olur. ayrıca Li-Fi'nin faz gürültülerini çeviren faz diyagramlarının çok daha sıkı bir şekilde çevirdiği için, yüksek taşıyıcılar için gerekli olan birkaç uçlu frekanslar için gerekli olan sistemdeki yüksek devre dışı kalır.
Flicker ve Dkütle Uyumluluk
VLC ve Li-Fi için birincil gereksinimlerin biri, iletişimin görünür bir flicker neden olması gerektiğidir ve bu şekilde subcarrier PSK ile sürekli olarak bağlantı kurmalı (örneğin, dklama, DC önyargılı modülasyon ile elde edilebilir, bu nedenle, doğrulama yöntemleriyle koordineli bir şekilde veri kaybı önlemek için gerekli olan faz modülasyonunu önlemeye yol açabilir.
Future Prospects and Research
Faz modulation, bir sonraki optik kablosuz iletişim sistemlerinde merkezi bir rol oynamak bekleniyor, özellikle de Li-Fi ticarileşme ve 6G standardizasyona doğru hareket ediyor. Bazı umut verici araştırma yolları takip ediliyor.
Adaptasyon için Makine Öğrenme ile entegrasyon
Makine öğrenme algoritmaları, gerçek zamanlı kanal koşullarına dayanan faz modulation düzeni ve altkarrier tahsis seçimini optimize edebilir.Finans öğrenme ajanları veri oranı ve hata oranı arasındaki en iyi ticaret-off öğrenebilir, kullanıcı hareket ettiği veya ortam aydınlatma değişiklikleri olarak adapte edilebilir.Bu özellikle mobil Li-Fi senaryolarında değerlidir.
Lazer tabanlı Li-Fi Ultra-High Speeds
Lazer diyotları (LD) yerine LED'ler gerçek koherent faz modülasyonunu optik düzeyde açıyor. Lazerler geniş bant genişliğine sahiptir (yakınlıklı GHz) ve eşanlı özellikler. Araştırmacılar, lazerleri kullanarak uyumlu PSK ve QAM'ı gösterdiler, 100 Gbps'nin ötesinde veri oranları elde ederler.
Hybrid RF/Optical Systems with Multi-Level Modulation
Gelecek ağ muhtemelen RF ve optik bağlantıları birleştirecektir. Faz modulation ortak bir çerçeve sunar: örneğin, Wi-Fi erişim noktası mobilite ve kapsama alabilir, ancak bir üst Li-Fi noktası 64-QAM'ı optik altkarrierlerde kullanarak yüksek hızlı bir şekilde sunar. Aynı dijital bazband hem RF hem de optik modüller, çip tasarımı basitleştirebilir.
Standartlaştırma ve Ekosistem Geliştirme
IEEE 802.11bb standardı, subcarrier faz modulation (BPSK, QPSK, 16-QAM) Li-Fi için açıkça destekleniyor ve Li-Fi konsorsiyumu, sabit modulation özellikleri ile verimli LED sürücülerin, düşük maliyetli fotodiodes gibi teknolojilere olanak sağlıyor.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Faz modulation, Li-Fi ve Visible Light Communication'ı niş göstericilerden yüksek hızlı, güvenilir kablosuz sistemlere doğru taşıma yeteneğidir ve daha iyi spektral verimliliği sağlar ve geliştirilmiş gürültü direnci, iç bağlantıdaki büyüme taleplerini karşılamak için vazgeçilmez hale getirir. -özellikle LED olmayan bir şekilde, alıcı maliyeti ve faz gürültü - bu engellerin üstesinden gelmek için sürekli olarak bu engellerin üstesinden gelir.
[[Daha fazla okuma için: IEEE 802.11bb standardı Li-Fi (eski bağlantı) için bakınız; VLC modulation (ENFLT:1) INGIEEE İletişim Anketleri veamp; ve Li-Fi Konsülleri için vizyonu [Döneticileri için]