آشنایی با انواع تکنولوژی‌های ارتباط بی‌سیم نوری – بخش دوم : طیف نور قابل مشاهده

واحد خبر mobile.ir : چنان که در مطلب قبل اشاره شد، ارتباط بی‌سیم نوری(OWC)، نوعی راهکار ارتباطی برای انتقال اطلاعات است که در آن از اشعه‌های نور قابل مشاهده (VL)، مادون قرمز (IR) و یا فرابنفش (UV) برای انتقال سیگنال‌ها استفاده می‌شود. در این مطلب قصد داریم شما را با تکنولوژی ارتباطات بی‌سیم نوری مبتنی بر طیف نور قابل مشاهده آشنا کنیم. VLC یا Visible light communication به نوعی از ارتباطات بی‌سیم نوری اطلاق می‌شود که برای انتقال داده‌ها از طیف نور قابل مشاهده با محدوده فرکانسی ۴۰۰ تا ۸۰۰ هرتز استفاده می‌کند. سیستم‌های VLC قادرند سیگنال‌های داده را با استفاده از لامپ‌های فلورسنت با سرعتی در حدود ۱۰ کیلوبیت بر ثانیه و یا با استفاده از لامپ‌های LED با سرعتی بیش از ۵۰۰ مگابیت در ثانیه بر ثانیه انتقال دهند. 

نور قابل مشاهده بخشی کوچک از طیف امواج الکترومغناطیسی‌ است

روش کلی عملکرد این گونه سیستم‌ها به این ترتیب است که داده‌ها در قالب سیگنال‌های نوری از طریق یک منبع نور (در این مورد لامپ‌های فلورسنت یا LED) ارسال گردیده و در مقصد توسط دیودهای حساس به نور دریافت می‌گردد. Photodiode یا دیود حساس به نور، فوتون‌های نور را جذب نموده و به جریان الکتریکی تبدیل می‌نماید. در برخی سیستم‌های VLC، دستگاه‌ الکترونیکی خاصی مجهز به یک دیود حساس به نور، برای دریافت سیگنال‌ها طراحی می‌شود. اما در بعضی دیگر از این سیستم‌ها، یک دوربین دیجیتالی عادی و یا دوربین به کار رفته روی یک گوشی هوشمند می‌تواند نقش دریافت کننده سیگنال‌ها را ایفا کند. چرا که حسگر تصویر به کار رفته در این دوربین‌ها در واقع آرایه‌ای‌ست از دیود‌های حساس به نور که برای برخی کاربردها می‌تواند بهتر و کارآمد‌تر از یک دیود منفرد باشد. از چنین حسگری می‌توان برای برقراری یک ارتباط چند-کاناله با یک ارسال کننده، یا ارتباط با چند منبع نوری بهره گرفت.

به بیان ساده‌تر، مکانیزم کلی کار سیستم‌های VLC به این ترتیب است که برای انتقال داده‌ها –که اساسا در قالب کدهای دودویی هستند–، لامپ‌های تولید کننده نور با سرعتی بسیار بالا خاموش و روشن می‌شوند. در مقصد یک یا چند دیود حساس به نور حالت‌های خاموش و روشن را حس نموده، هر حالت خاموش را به عدد صفر و هر حالت روشن را به عدد یک تفسیر و به سیگنال‌های الکتریکی قابل درک توسط سیستم‌های کامپیوتری تبدیل می‌نماید. سرعت خاموش و روشن شدن این لامپ‌ها آن قدر بالاست که توسط چشم انسان قابل تشخیص نبوده و لامپ‌های ارسال کننده سیگنال‌های نوری در بسیاری از این سیستم‌های VLC، قادر به ایفای نقش نوردهی محیطی همچون سایر لامپ‌ها هستند. منبع نور مورد استفاده توسط بسیاری از این سیستم‌ها، همان لامپ‌های LED عادی هستند که توسط یک ریزپردازنده نه چندان پیشرفته کنترل می‌شوند. بنابراین می‌توان گفت که سیستم‌های VLC به طور معمول جزو کم هزینه‌ترین راهکار‌های ارتباط بی‌سیم نوری به شمار می‌روند.

تاریخچه و کاربردها

کار تحقیق و توسعه سیستم‌های VLC مدرن از سال ۲۰۰۳ به طور جدی آغاز گردید. در آن سال محققین آزمایشگاه Nakagawa در دانشگاه Keio ژاپن موفق شدند تا از LED ها برای انتقال داده به کمک نور استفاده کنند. به دنبال این موفقیت، پروژه‌های تحقیقاتی مختلفی در سرتاسر دنیا برای توسعه سیستم‌های VLC آغاز گردید. از جمله مهم‌ترین این پروژه‌ها می‌توان به Smart Lighting Engineering Centre، Omega Project، COWA، ByteLight، D-Light Project،Li-Fi ، UC-Light Centre، و همچنین فعالیت‌های دانشگاه آکسفورد در این زمینه اشاره نمود. Li-Fi یکی از مهم‌ترین و موفق‌ترین این پروژه‌هاست که تا کنون پیشرفت‌های چشمگیری داشته است. پیشنهاد می‌کنیم تا در صورت تمایل به مطالعه مطلبی مجزا که قبلا در خصوص معرفی Li-Fi منتشر نموده‌ایم، بپردازید.

در ژانویه سال ۲۰۱۰ میلادی، یک تیم متشکل از محققین شرکت زیمنس و موسسه ارتباطات راه دور Fraunhofer در برلین، انتقال داده با سرعت ۵۰۰ مگابیت بر ثانیه و در فاصله‌ای ۵ متری را به کمک یک LED سفید به نمایش گذاشتند. آن‌ها همچنین انتقال داده‌ها در فواصلی دورتر را تا سرعت ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و با استفاده از ۵ لامپ LED با موفقیت آزمایش نمودند. پس از آن در جولای ۲۰۱۲ ۲۰۱۱ و در یکی از کنفرانس‌های زنده TED، انتقال ویدئوی HD به کمک یک لامپ LED استاندارد به نمایش گذاشته شد.

در اکتبر سال ۲۰۱۴ میلادی، شرکت Axrtek اقدام به عرضه یک سیستم VLC تجاری مبتنی بر لامپ‌های LED سه رنگ RGB به نام MOMO نمود که قادر بود داده‌ها را با سرعتی معادل ۳۰۰ مگابیت بر ثانیه و با بردی در حدود ۷٫۶ متر، ارسال و دریافت کند.

برخی کاربردهای قابل انتظار از سیستم‌های VLC

یکی از کاربردهای جذاب و مهم سیستم‌های VLC، استفاده از آن‌ها به منظور موقعیت‌یابی اشیاء و اشخاص در محیط‌های بسته است. سیستم‌های موقعیت‌یاب داخلی طراحی شده بر اساس تکنولوژی VLC را می‌توان در محیط‌هایی همچون فروشگاه‌ها، بیمارستان‌ها، خانه‌های سالمندان، انبارها و دفاتر اداری بزرگ، برای موقعیت‌یابی اشیاء، کنترل روبات‌ها و خودروهای خودران، تعیین موقعیت اشخاص و ارائه خدمات مختلف به آن‌ها مورد استفاده قرار داد. در ماه می سال ۲۰۱۵، شرکت فیلیپس اقدامی مشترک را با شرکت Carrefour –فعال در زمینه سوپرمارکت‌های زنجیره‌ای—آغاز نمود تا با بهره گیری از سیستم‌های VLC در یکی از هایپرمارکت‌های Carrefour واقع در شهر لیل فرانسه، خدمات مختلفی را به گوشی‌های هوشمند مشتریان بر اساس موقعیت‌شان در فروشگاه ارائه نماید.

بهره‌گیری از سیستم‌های VLC در ادارات

اگرچه ممکن است استفاده از نور قابل مشاهده برای انتقال داده‌ محدودیت‌هایی را در مقایسه با امواج رادیویی به همراه داشته باشد، اما در عین حال توسعه و پیشرفت این تکنولوژی، پتانسیل‌ بالایی را برای ارائه خدمات و قابلیت‌های جدید فراهم خواهد آورد. تکنولوژی VLC همچون کودکی در حال رشد است که فاصله زیادی تا سن بلوغ خود داشته و با استعدادی که از خود نشان می‌دهد، آینده‌ای درخشان برای آن پیش‌بینی می‌شود. به عنوان مثال، در حالت ایده‌آل هر پیکسل از یک صفحه‌نمایش می‌تواند نقش یک کانال ارتباطی برای انتقال اطلاعات را ایفا کند. در کاربردی دیگر، فرض کنید که اتومبیل شما بتواند حین عبور از خیابان‌ها یا هنگام انتظار پشت چهارراه‌ها، اطلاعات مختلفی همچون وضعیت ترافیک خیابان‌های پیش رو، تصادفات، محدودیت‌های ترافیکی، وضعیت عابرین پیاده، خطرات احتمالی، آب و هوا و غیره را از چراغ‌های راهنمایی و رانندگی، چراغ‌ خطر خودروهای دیگر و چراغ‌های روشنایی حاشیه خیابان دریافت کند.