Komunikacija putem vidljive svetlosti

Vidljiva svetlost je samo mala porcija elektromagnetnog spetkra.

Komunikacija putem vidljive svetlosti (VLC – Visible Light Communication) se odnosi na kratko-dometne optičke bežične komunikacije pomoću vidljivog dela spektra između 380 i 780nm.

VLC se istražuje od strane brojnih univerziteta, korporacija i organizacija širom sveta. Tokom 2007. godine Japan Electronics and Information Technology Industries Association’s (JEITA) utvrđuje standarde za sisteme koji koriste vidljivu svetlost. Konzorcijum za komunikaciju preko vidljive svetlosti (Visible Light Communications Consortium – VLCC) je uveo specifikacioni standard 2008. godine. Projekti za gigabitni pristup kod kuće u Evropi su takođe uključivali uvođenje i primenu VLC-a u kućne mreže. IEEE 802.15.7 je standard koji se odnosi na optičke komunikacione sisteme na talasnim dužinama vidljive svetlosti. Ovaj standard podržava više različitih topologija, kao što su tačka – tačka (peer-to-peer) i topologija zvezde, uz brzinu prenosa podataka u rasponu od 11.67 kb/s do 96 Mb/s za unutrašnje i spoljašnje aplikacije.

Osnovne karakteristike VLC

VLC-om se prenose podaci pomoću optičkih izvora, kao što su svetleće diode – LED i laserske diode, koje koriste intenzivne modulacije, vrše brza treperenja, odnosno brzo se uključuju i isključuju, tako da ljudsko oko to ne može da primeti, tj. stiče utisak da su diode neprekidno uključene. Zbog široke primene LED dioda, njihove energetske efikasnosti, niskih cena i novijih napredaka u LED tehnologiji, zainteresovanost za optičke komunikacije na talasnim dužinama vidljive svetlosti je dosta povećana. Radio-frekvencijske (RF) komunikacje ispod 6 GHz zauzimaju veliki deo spektra, tako da ponestaje frekvencija za komunikaciju pri velikim brzinama. Sa približno 300THz propusnog opsega raspoloživog za VLC, brzine prenosa podataka i po nekoliko Gb/s, mogu se obezbediti na kratkim razdaljinama, na primer, koristeći nizove LED dioda u sistemima sa višestrukim ulazima i izlazima. Koristeći jednostavne LED diode i fotodetektore zajedno sa osvetljenjem obezbeđuje se komunikacija sa velikim brzinama prenosa podataka, u poređenju sa skupim RF rešenjima, koja zahtevaju visoku potrošnju električne energije za prenos, konverziju i obradu podataka. VLC je obećavajuće rešenje za velike brzine prenosa podataka prilikom primena u zatvorenom prostoru. VLC je prvi put izložen u Japanu i od tada je izazvao značajno interesovanje širom sveta. Ova tehnologija ima mnoge prednosti u odnosu na RF. Pošto svetlost ne može da prođe kroz neprovidne prepreke, opseg vidljive svetlosti se može ponovo koristiti, bez ikakvih smetnji, u različitim (čak i susednim) sobama. Prednosti VLC takođe uključuju i: nepostojanje uslova za izdavanje licenci, niske troškove krajnjih uređaja, istovremenu komunikaciju i osvetljenje, kao i visok nivo signal-šum (SNR – Signal to Noise Ratio). Pored toga, sve dok su propisi o bezbednosti oka i kože zadovoljeni, ne postoji briga za zdravlje.

Realizacija VLC

Mali troškovi fabrikacije su veliki preduslov za implementaciju VLC-a, kao i minimalna potrošnja energije, dokazana robusnost i veće brzine prenosa podataka.

Troškovi

Troškovi razvoja VLC tehnologije su podeljeni u 3 dela. Prvo, za LED su potrebni sklopovi za modulaciju visokih protoka. Drugo, potreban je jak analogni LED drajver i pojačavač sa malim šumom, smešten iza fotodiode. Treće, potreban je čip za adaptivnu OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), koji će predstavljati interfejs u mrežnoj arhitekturi. Svi ovi aspekti su danas već izvodljivi sa komercijalnim komponentama, tako da je masivna proizvodnja ostvariva. Mali troškovi masovne proizvodnje zahtevaju integraciju sistema kako bi se nastavilo sa smanjenjem forme predajnika i prijemnika. Temperatura svetlosti osobina svetlosti, (izražava se u kelvinima), i što je ona veća, to je svetlost hladnija, pa postaje neprijatna za ljudsko oko. Kako je izbor temperature boje relativno nebitan za komunikaciju, sistem može da radi i sa promenljivim bojama svetlosti. VLC koristeći LED diode i fotodetektore zajedno sa osvetljenjem obezbeđuje komunikaciju sa velikom brzinom prenosa podataka, u poređenju sa skupim RF rešenjima, koja zahtevaju visoku potrošnju električne energije za prenos, konverziju i obradu podataka.

Brzina

Veće brzine prenosa podataka u point-to-point komunikaciji su sigurno omogućene upotrebom šireg propusnog opsega i talasnog multipleksiranja, WDM-a (Wavelength Division Multiplexing). Postoji veliki potencijal za izvršavanje prostornog multipleksiranja upotrebom posebnih predajnika i prijemnika, sa brzinama do 10 Gb/s, a i većim. Sa druge strane, stotine megabita po sekundi mogu da budu dovoljne za današnje pojedinačne korisnike. Možda bi bilo efikasnije koristiti potencijal prostornog multipleksiranja da bi se dostigle veće agregatne brzine prenosa podataka za više korisnika koji se nalaze na homogenom velikom području.

Primena VLC-a

Široka upotreba LED dioda u saobraćajnim aplikacijama i sve veće interesovanje inteligentnih transportnih sistema (ITS – Intelligent Transport Systems, sistemi koji koriste niz mera i tehnologija za povećanje bezbednosti u saobraćaju, efikasno odvijanje saobraćaja i zaštite životne sredine) predstavljaju razloge za uvođenje VLC aplikacija. Prenos podataka korišćenjem LED semafora i LED stop svetala je primer VLC aplikacija. Pošto su VLC linkovi vidljivi, montaža opreme pored puta je mnogo lakša. Pored toga, prethodno instalirani objekti, kao što su LED semafori ili LED natpisi, mogu da se koriste. Budući da su predajnici ili LED izvori svetlosti dizajnirani za svrhe osvetljenja (a time i generalno imaju veliku moć zračenja), odnos signal-šum (SNR) je visok za VLC, ali se održava bezbednost oka prilikom osvetljenja. Poznata su dva modela komunikacije: vozilo-vozilo i vozilo-infrastruktura.

Literatura

• David G. Aviv (2006): Laser Space Communications, ARTECH HOUSE. ISBN 978-1-59693-028-5.

Spoljašnje veze

• IEEE 802.15 WPAN Task Group 7 (TG7) Visible Light Communication