Işıkla İletişim? Bilim Adamları Fütüristik Kablosuz Teknolojiyi Başarıyla Gösteriyor

Tokyo Politeknik Üniversitesi bilim adamları düşük maliyetli, yüksek teknolojili 'iletişimi' araştırıyor ışık' alternatifleri Wifi Ve Bluetooth hızlı kullanan yüksek hızlı görünür ışıklı iletişim (VLC) sistemini başarıyla sergilediler. NEDEN OLMUŞ bunun yerine ışık darbeleri radyo dalgaları dijital verileri kablolar olmadan göndermek için radyo sinyalleri.

Ticari olarak temin edilebilen bileşenler kullanılarak oluşturulan ışık tabanlı kablosuz iletişim sistemi, tipik gün ışığı koşullarında birkaç metrelik mesafelerde 3,48 Mbit/s'lik rekor düzeyde bir iletişim hızına ulaştı.

Başarının arkasındaki araştırma ekibi, VLC sistemlerinin, parazit, harici sinyal gürültüsü veya düzenlemelerin geleneksel radyo tabanlı sistemleri kullanışsız hale getirdiği durumlarda özel yerel veri iletim alternatiflerini mümkün kılabileceğini öne sürüyor.

Bu tür teknolojilere yönelik potansiyel fütüristik uygulamalar şunları içerebilir: akıllı ulaşım sistemleri (ITS), burada trafik ışıkları ve sokak lambaları, güvenliği artırmak için yerelleştirilmiş VLC'ler ile aynı anda çalışacak şekilde uyarlanabilir. özerk sürüş sistemleri.

Işık ile Wi-Fi ve Bluetooth ile Yüksek Hızlı İletişim

Wi-Fi ve Bluetooth gibi çoğu kablosuz veri iletim teknolojisi, kablosuz iletişim kurmak için radyo dalgalarını kullanır. Televizyonun uzaktan kumandaları gibi bazı uygulamalar kızılötesi ışık sinyallerini kullanarak iletişim kurar, ancak bu tür uygulamalar menzil ve veri aktarım hızıyla sınırlıdır.

Son zamanlarda mühendisler, radyo dalgalarına ve kızılötesi sinyallere alternatif olarak yüksek hızlı görünür ışık iletişimini keşfettiler. En popüler yaklaşım, sinyalleri birkaç metre uzaktaki bir alıcıya göndermek için LED'ler tarafından üretilen ışığı kullanır.

Henüz ticari olarak mevcut olmasa da, bu yöntemi kullanan 'ışıkla iletişim' sistemleri, geleneksel radyo iletişim sistemlerinin başarısız olduğu ortamlarda çeşitli avantajlar sunabilir. Bunlara radyo dalgası tıkanıklığı, dış müdahale veya bunların kullanımını sınırlayan düzenleyici kısıtlamalar içeren alanlar dahildir.

Yine de bu ve diğer 'ışıkla iletişim' sistemleri, veri iletimi sınırlamalarından muzdariptir ve diğer parlak ışık kaynaklarının varlığında hızla bozulabilir. Ortam ışığına ve dalga biçimi bozulmasına karşı bu hassasiyet, bunların endüstriyel ve ticari uygulamalarını sınırlamıştır.

Şimdi, Tokyo Politeknik Üniversitesi ekibi, bu engellerin çoğunun üstesinden gelen basit ve uygun fiyatlı bir VLC sisteminin, kolayca bulunabilen, düşük maliyetli bileşenler kullanılarak nasıl oluşturulabileceğini ortaya çıkardı.

"Sıfıra Dönüş" Mantığını ve Işık Bastırmanın Kullanılması

Araştırmacılar, sistemin temel mantığı olarak yeni bir 8B13B hat kodlama şemasını kullanarak işe başladılar. Sistemin başarılı gösterimini açıklayan açıklamaya göre, bu kodlama şeması mantıksal "1" ve "0" bitlerinin sayısını dengeleyen "sıfıra dönüş" formatını kullanıyor. Bu yaklaşım, sistemin LED tabanlı sistemlerde bulunan görünür titreşimi bastırmasına olanak tanıyarak ışık kaynağı ile alıcı arasında daha istikrarlı bir senkronizasyon sağlar.

Çalışma yazarları, "Öncelikle optik darbelerin yükselen kenarlarına güvenen sistem, LED yanıt özelliklerinin neden olduğu darbe genişliği değişikliklerine karşı dayanıklıdır; bu, veriye bağlı darbe genişliği daralması olarak bilinen bir olgudur" dedi. Elektronik ve Sinyal İşleme kağıt.

Daha sonra ekip, sahada programlanabilir bir kapı dizisinde (FPGA) Verilog HDL kullanarak yeni kodlama şemasını seri hale getirici/seri durumdan çıkarıcı (SerDes) mantığıyla birleştirdi. Ekip, bu özel yapım mantık merkezini standart bir seri çevre birimi arayüzü (SPI) ile bir Raspberry Pi'ye bağladığında, VLC'nin veri iletişim devresi tamamlanmış oldu.

Arka plan ışığını bastırmak için araştırmacılar, birden fazla fotodiyot ve dar bantlı bir optik filtre içeren özelleştirilmiş bir alıcı oluşturdular. Araştırmacılar, bu tasarımın "ITS uygulamalarıyla ilgili" dış ortamlarda güvenilir çalışmayı mümkün kıldığını söyledi.

90.000 Lüksü Aşan Doğrudan Işıkta Sistem Başarısı

Ekip, ışık tabanlı iletişim sistemini test etmek için LED vericiyi alıcıdan birkaç metre uzağa yerleştirdi. Tüm testler, önceki ışık tabanlı kablosuz iletişim sistemlerini engelleyen dış mekan, gündüz ortamlarını simüle etmek için nispeten güçlü ortam ışığı koşulları altında gerçekleştirildi.

Araştırmacılar, "Sistemin iletişim kalitesini ortam ışığı girişiminin olduğu ortamlarda değerlendirdik ve ışık yayan diyot (LED) ışık kaynağı ile alıcı arasında yaklaşık 3 m'lik bir mesafe boyunca istikrarlı iletişim elde ettik" diye yazıyor.

Beklendiği gibi VLC, simüle edilmiş gün ışığı koşullarında istikrarlı iletişimi sürdürdü. En uç testte, bu veri hızlarına doğrudan güneş ışığında 90.000 lüksü aşan bir değerde ulaşıldı.

Çalışmanın yazarları, "Genel iletişim hızı, FPGA ile Raspberry Pi arasındaki veri aktarım frekansına bağlı olmasına rağmen, bit hızı 3,48 Mbit/sn idi" diye açıkladı. Ayrıca alınan verinin bütünlüğünün de altını çizen yetkililer, 893 bitten oluşan paketler için paket kayıp oranının “10” olduğunu kaydetti.−4–10−5.”

Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Otonom Araçlar

Maliyetleri ve karmaşıklığı minimumda tutmak için ekip, FPGA, Raspberry Pi ve LED sürücüsü ve fotodetektör için tüm elektronik bileşenler de dahil olmak üzere ticari olarak satılan bileşenleri kullanarak özelleştirilmiş yüksek hızlı ışık tabanlı iletişim sistemini kurdu.

Alıcı ve devre şemalarının yanı sıra, çalışmanın yazarları FPGA SerDes kaynak kodunu açık kaynak olarak yayınladılar. Ekip, araştırmalarını, tasarımlarını ve materyallerini geniş çapta erişilebilir hale getirmenin, diğer araştırmacıları ve eğitimcileri VLC konseptini öğretmeye ve geliştirmeye veya onu diğer platformlara uyarlamaya teşvik edeceğini umduklarını söyledi.

Potansiyel uygulamaları tartışırken araştırmacılar, bir VLC/trafik ışığı hibritinin kavşak veya kör nokta videosunu araçlara iletebileceğini ve böylece güvenliği artırabileceğini öne sürdü. Bu tür entegre iletişimin, otomobilin yerleşik yapay zekasının yeni bilgileri hızlı bir şekilde birleştirebildiği otonom sürüş senaryolarında özellikle avantajlı olabileceğini belirtiyorlar.

Işık tabanlı yüksek hızlı iletişim sistemi potansiyel ITS uygulamaları sunsa da yazarlar, tasarımlarının "analog devreleri, mantık devrelerini ve yazılımı tek bir iletişim sisteminde birleştiren pratik bir eğitim platformu" sağladığını da belirttiler.

Çalışma “8B13B kodunu kullanarak görünür ışık iletişimi için SerDes mantığı üzerine bir çalışma" kategorisinde yayınlandı Elektronik ve Sinyal İşleme.

Christopher Plain, Bilim Kurgu ve Fantazi roman yazarı ve The Debrief'te Baş Bilim Yazarıdır. Onu takip edin ve onunla bağlantı kurun X, onun kitapları hakkında bilgi edinin plainfiction.comveya doğrudan şu adrese e-posta gönderin: [email protected].