दृश्य प्रकाश संचार: Difference between revisions

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दृश्यमान प्रकाश विद्युतचुंबकीय वर्णक्रम का केवल एक छोटा सा हिस्सा है।

दूरसंचार में, दृश्य प्रकाश संचार (वीएलसी) एक प्रेषण माध्यम के रूप में दृश्यमान वर्णक्रम (400-800 हर्ट्ज़ की आवृत्ति/780-375 नैनोमीटर का दृश्य प्रकाश) का उपयोग है। वीएलसी प्रकाशीय तारविहीन संचार प्रौद्योगिकियों का एक उपवर्ग है।

यह तकनीक 10 केबिट/एस पर संकेत प्रसारित करने के लिए प्रतिदीप्त दीप (साधारण दीप, विशेष संचार उपकरण नहीं) या कम दूरी पर 500 Mbit/s तक एलईडी का उपयोग करती है। रोन्जा जैसी प्रणाली पूर्ण ईथरनेट गति (10 Mbit/s) से 1–2 kilometres (0.6–1.2 mi) दूरी तक संचारित कर सकते हैं।

विशेष रूप से अभिकल्पित किए गए विद्युत् उपकरण जिनमें सामान्यतः प्रकाश चालकीय डायोड होता है, प्रकाश स्रोतों से संकेत प्राप्त करते हैं, [1] हालाँकि कुछ स्तिथियों में एक कैमरा फोन या एक डिजिटल कैमरा पर्याप्त होगा। [2] इन उपकरणों में उपयोग किया जाने वाला छवि संवेदक वास्तव में प्रकाश चालकीय डायोड (पिक्सेल) की एक श्रृंखला है और कुछ अनुप्रयोगों में इसके उपयोग को एकल प्रकाश चालकीय डायोड की तुलना में प्राथमिकता दी जा सकती है। ऐसा संवेदक या तो बहु -सरणि (1 पिक्सेल = 1 सरणि तक) या एकाधिक प्रकाश स्रोतों के बारे में स्थानिक जागरूकता प्रदान कर सकता है। [1]

वीएलसी का उपयोग सर्वव्यापी कंप्यूटिंग के लिए संचार माध्यम के रूप में किया जा सकता है, क्योंकि प्रकाश उत्पन्न करने वाले उपकरण (जैसे आंतरिक/बाह्य दीप, टीवी, यातायात संकेत, वाणिज्यिक प्रदर्श पृष्ठभूमि और कार हेडलाइट/टेललाइट्स (गाड़ी की पिछली बत्ती)) [3] का उपयोग हर जगह किया जाता है। [2]


इतिहास

दृश्यमान प्रकाश संचार का इतिहास वाशिंगटन डी.सी. में 1880 के दशक का है, जब स्कॉटिश मूल के वैज्ञानिक एलेक्ज़ेंडर ग्राहम बेल ने फ़ोटोफ़ोन का आविष्कार किया था, जो कई सौ मीटर तक माडुलित सूर्यप्रकाश पर भाषण प्रसारित करता था। यह रेडियो (आकाशवणी) द्वारा भाषण के प्रसारण की पूर्व-तिथि है।

दृश्य प्रकाश द्वारा डेटा (आंकड़े) संचारित करने के लिए एलईडी का उपयोग करने पर हालिया काम 2003 में जापान के कीओ विश्वविद्यालय में नाकागावा प्रयोगशाला में प्रारम्भ हुआ। तब से वीएलसी पर केंद्रित कई शोध गतिविधियां हुई हैं।

2006 में, पेन स्टेट में सीआईसीटीआर के शोधकर्ताओं ने आंतरिक अनुप्रयोगों के लिए विस्तृत बैंड पहुंच प्रदान करने के लिए विद्युत् लाइन संचार (पीएलसी) और सफेद रोशनी एलईडी के संयोजन का प्रस्ताव रखा। [4] इस शोध ने सुझाव दिया कि वीएलसी को भविष्य में एक आदर्श अंतिम-मील समाधान के रूप में तैनात किया जा सकता है।

जनवरी 2010 में बर्लिन में सीमेंस और फ्राउनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर टेलीकम्युनिकेशंस, हेनरिक हर्ट्ज़ इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं की एक टीम ने 5 मीटर (16 फीट) की दूरी पर एक सफेद एलईडी के साथ 500 Mbit/s और 100 Mbit/s पांच एलईडी का उपयोग कर लंबी दूरी से अधिक पारेषण का प्रदर्शन किया। [5]

वीएलसी मानकीकरण प्रक्रिया आईईईई 802.15.7 कार्य समूह के भीतर आयोजित की जाती है।

दिसंबर 2010 में सेंट क्लाउड, मिनेसोटा ने एलवीएक्स मिनेसोटा के साथ एक अनुबंध पर हस्ताक्षर किए और इस तकनीक को व्यावसायिक रूप से तैनात करने वाले पहले व्यक्ति बन गए। [6]

जुलाई 2011 में टीईडी ग्लोबल की एक प्रस्तुति में एक मानक एलईडी लैंप से प्रसारित होने वाले उच्च स्पष्टता वीडियो का गतिशील प्रदर्शन किया गया और वीएलसी तकनीक के उपवर्ग को संदर्भित करने के लिए लाई-फाई शब्द का प्रस्ताव दिया गया [7]।

हाल ही में, वीएलसी-आधारित आंतरिक स्थिति निर्धारण प्रणाली एक आकर्षक विषय बन गया है। एबीआई अनुसंधान का अनुमान है कि यह 5 अरब डॉलर के आंतरिक अवस्थापन बाजार को वितालकन करने का एक महत्वपूर्ण समाधान हो सकता है।[8] नाकागावा प्रयोगशाला से प्रकाशन आ रहे हैं, बाइटलाइट ने मार्च 2012 में एलईडी डिजिटल स्पंदक प्रत्यभिज्ञा का उपयोग करके प्रकाश स्थापन प्रणाली पर एक एकस्व अधिकार दायर किया। [9][10] पेन स्टेट में सीओडब्ल्यूए [11][12] और दुनिया भर के अन्य शोधकर्ता हैं। [13][14]

खिलौनों की दुनिया में एक और नवागत एप्लिकेशन लागत-सक्षम और कम-जटिलता कार्यान्वयन के लिए धन्यवाद है, जिसके लिए प्रकाशीय अग्रांत संसाधित्र के रूप में केवल एक सूक्ष्म नियंत्रक और एक एलईडी की आवश्यकता होती है। [15]

वीएलसी का उपयोग सुरक्षा प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। [16][17] वे तत्व संवेदक संजाल और व्यक्तिगत क्षेत्रफल संजाल में विशेष रूप से उपयोगी हैं।

हाल ही में जैविक एलईडी (ओएलईडी) का उपयोग 10 एमबीटी/एस तक वीएलसी संचार संयोजन बनाने के लिए प्रकाशीय संप्रेषी अभिग्राही के रूप में किया गया है।[18]

अक्टूबर 2014 में, एक्सरटेक ने मोमो नामक एक वाणिज्यिक द्विदिशात्मक आरजीबी एलईडी वीएलसी प्रणाली प्रक्षेपित की, जो 300 Mbit/s की गति और 25 फीट की श्रेणी के साथ नीचे और ऊपर संचारित होती है। [19]

मई 2015 में, फिलिप्स ने फ्रांस के लिले में एक हाइपरमार्केट में दुकानदारों के स्मार्टफोन पर वीएलसी स्थान-आधारित सेवाएं देने के लिए सुपरमार्केट कंपनी कैरेफोर के साथ सहयोग किया। [20] जून 2015 में, दो चीनी कंपनियों, कुआंग-χ और पिंग एन बैंक ने एक भुगतान कार्ड प्रस्तुत करने के लिए साझेदारी की, जो एक अद्वितीय दृश्य प्रकाश के माध्यम से जानकारी संचारित करता है। [21] मार्च 2017 में, फिलिप्स ने जर्मनी में खरीदारों के स्मार्टफोन के लिए पहली वीएलसी स्थान-आधारित सेवाएं स्थापित कीं। प्रतिष्ठापन को डसेलडोर्फ में यूरोशॉप (5-9 मार्च) में प्रस्तुत किया गया। जर्मनी में पहले सुपरमार्केट के रूप में डसेलडोर्फ-बिल्क में एडेका सुपरमार्केट इस प्रणाली का उपयोग कर रहा है, जो 30 सेंटीमीटर की स्थिति सटीकता प्रदान करता है, जो खाद्य खुदरा क्षेत्र में विशेष मांगों को पूरा करता है। [22][23] वीएलसी पर आधारित आंतरिक स्थिति निर्धारण प्रणाली [24] लोगों का पता लगाने और आंतरिक यंत्रमानववत् वाहनों को नियंत्रित करने के लिए अस्पतालों, बुजुर्गों की देखभाल के घरों, गोदामों और बड़े, खुले कार्यालयों जैसे स्थानों में उपयोग किया जा सकता है।

एक तारविहीन संजाल है जो डेटा पारेषण के लिए दृश्य प्रकाश का उपयोग करता है, और प्रकाशीय स्रोतों के तीव्रता प्रतिरुपण का उपयोग नहीं करता है। डेटा पारेषण के लिए प्रकाशीय स्रोतों के स्थान पर कंपन जनित्र का उपयोग करने का विचार है। [25]


प्रतिरुपण तकनीक

डेटा भेजने के लिए प्रकाश के प्रतिरुपण की आवश्यकता होती है। प्रतिरुपण वह रूप है जिसमें प्रकाश संकेत विभिन्न प्रतीकों का प्रतिनिधित्व करने के लिए भिन्न होता है। रेडियो प्रसारण के विपरीत, वीएलसी प्रतिरुपण के लिए प्रकाश संकेत को सकारात्मक डीसी मान के आसपास व्यवस्थित करने की आवश्यकता होती है, जो दीप के प्रकाश पहलू के लिए उत्तरदायी होता है। इस प्रकार प्रतिरुपण सकारात्मक डीसी स्तर के आसपास एक वैकल्पिक संकेत होगा, जिसमें मानव आंख के लिए अगोचर होने के लिए पर्याप्त उच्च आवृत्ति होगी। [26]

संकेतों के इस अधिस्थापन के कारण, वीएलसी प्रेषक के कार्यान्वयन के लिए सामान्यतः एलईडी पूर्वाग्रह के लिए उत्तरदायी उच्च दक्षता, उच्च शक्ति, धीमी प्रतिक्रिया डीसी परिवर्तक की आवश्यकता होती है जो कम दक्षता, कम शक्ति, लेकिन उच्च आवश्यक एसी करंट प्रतिरुपण को संश्लेषित करने के लिए प्रतिक्रिया वेग प्रवर्धक के साथ-साथ प्रकाश प्रदान करेगा।

कई प्रतिरुपण तकनीकें उपलब्ध हैं, जो तीन मुख्य समूह बनाती हैं: [27] एकल वाहक माडुलित पारेषण (एससीएमटी), बहुनाहक माडुलित पारेषण (एमसीएमटी) और स्पंदक-आधारित पारेषण (पीबीटी)।

एकल वाहक माडुलित पारेषण

एकल वाहक माडुलित पारेषण में रेडियो जैसे पारेषण के पारंपरिक रूपों के लिए स्थापित प्रतिरुपण तकनीकें सम्मिलित हैं। एक ज्यावक्रीय तरंग को प्रकाश डीसी स्तर पर जोड़ा जाता है, जिससे डिजिटल जानकारी को तरंग की विशेषताओं में कोडित किया जा सकता है। किसी दिए गए विशेषता के दो या कई अलग-अलग मानों के बीच कुंजीयन करके, प्रत्येक मान के लिए उत्तरदायी प्रतीकों को प्रकाश संयोजन पर प्रसारित किया जाता है।

संभावित तकनीकें आयाम कुंजीयन परिवर्तन (एएसके), चरण कुंजीयन परिवर्तन (पीएसके) और आवृति कुंजीयन परिवर्तन (एफएसके) हैं। इन तीनों में से, एफएसके बड़े बिटरेट पारेषण में सक्षम है क्योंकि यह आवृत्ति स्विचन पर अधिक प्रतीकों को आसानी से अलग करने की अनुमति देता है। चतुर्भुज आयाम प्रतिरुपण (क्यूएएम) नामक एक अतिरिक्त तकनीक भी प्रस्तावित की गई है, जहां प्रतीकों की संभावित संख्या को बढ़ाने के लिए ज्यावक्रीय वोल्टेज के आयाम और चरण दोनों को एक साथ कुंजीबद्ध किया जाता है। [26]


बहुनाहक माडुलित पारेषण

बहुनाहक माडुलित पारेषण एकल वाहक माडुलित पारेषण विधियों के समान काम करता है, लेकिन डेटा पारेषण के लिए दो या अधिक ज्यावक्रीय तरंगों को अंतः स्थापित करता है। [28] इस प्रकार का प्रतिरुपण संश्लेषण और कूटानुवाद करने के लिए सबसे कठिन और अधिक जटिल है। हालाँकि, यह बहुपथ पारेषण में उत्कृष्टता का लाभ प्रस्तुत करता है, जहां ग्राही प्रेषक के सीधे दृश्य में नहीं होता है और इसलिए पारेषण को अन्य बाधाओं में प्रकाश के प्रतिबिंब पर निर्भर करता है।

स्पंदक-आधारित पारेषण

स्पंदक-आधारित पारेषण में प्रतिरुपण तकनीक सम्मिलित है जिसमें डेटा को ज्यावक्रीय तरंग पर नहीं, बल्कि स्पंदित तरंग पर कूटलेखित किया जाता है। ज्यावक्रीय वैकल्पिक संकेतों के विपरीत, जिसमें आवधिक औसत हमेशा शून्य होगा, उच्च-निम्न अवस्थाओं पर आधारित स्पंदित तरंगें विरासत में मिले औसत मान प्रस्तुत करेंगी। यह स्पंदक-आधारित पारेषण प्रतिरुपण के लिए दो मुख्य लाभ लाता है:

इसे एकल उच्च-शक्ति, उच्च-दक्षता, धीमी प्रतिक्रिया वाले डीसी परिवर्तक और निर्धारित समय पर एलईडी को करंट पहुंचाने के लिए तेज गति में चलने वाले एक अतिरिक्त विद्युत् स्विच के साथ कार्यान्वित किया जा सकता है।

एक बार जब औसत मान डेटा संकेत की स्पंदक चौड़ाई पर निर्भर करता है, तो वही स्विच जो डेटा पारेषण को संचालित करता है, डीसी परिवर्तक को काफी सरल बनाते हुए, मद्धिम नियंत्रण प्रदान कर सकता है।

इन महत्वपूर्ण कार्यान्वयन लाभों के कारण, इन मद्धिम-सक्षम प्रतिरुपण को आईईईई 802.15.7: में मानकीकृत किया गया है, जिसमें तीन प्रतिरुपण तकनीक संपर्क विच्छेद कुंजीयन (ओओके), परिवर्त्य स्पंदक स्थान प्रतिरुपण (वीपीपीएम) और रंग स्थानान्तरण कुंजीयन (सीएसके) का वर्णन किया गया है।

संपर्क विच्छेद कुंजीयन

संपर्क विच्छेद कुंजीयन तकनीक पर, एलईडी को बार-बार चालू और बंद किया जाता है, और प्रतीकों को स्पंदक चौड़ाई से अलग किया जाता है, जिसमें एक व्यापक स्पंदक तार्किक उच्च '1' का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि संकीर्ण स्पंदक तार्किक '0' निम्न का प्रतिनिधित्व करता है। क्योंकि डेटा स्पंदक चौड़ाई पर कूटलेखित किया गया है, यदि सही नहीं किया गया तो भेजी गई जानकारी मद्धिम स्तर को प्रभावित करेगी: उदाहरण के लिए, कई उच्च मान '1' वाला बिटस्ट्रीम कई कम मान '0' वाले बिटस्ट्रीम की तुलना में उज्जवल दिखाई देगा। इस समस्या को ठीक करने के लिए, प्रतिरुपण को एक क्षतिपूर्ति स्पंदक की आवश्यकता होती है जिसे समग्र चमक को बराबर करने के लिए जब भी आवश्यक हो डेटा अवधि पर डाला जाएगा। इस प्रतिकर के प्रतीक की कमी कथित अस्थिरता का परिचय दे सकती है, जो अवांछनीय है।

अतिरिक्त क्षतिपूर्ति स्पंदक के कारण, इस तरंग को व्यवस्थित करना वीपीपीएम को व्यवस्थित करने की तुलना में थोड़ा अधिक जटिल है। हालाँकि, स्पंदक चौड़ाई पर कूटलेखित की गई जानकारी को अलग करना और कूटानुवाद करना आसान है, इसलिए प्रेषक की जटिलता प्राप्तकर्ता की सादगी से संतुलित होती है।

परिवर्तनीय स्पंदक स्थिति प्रतिरुपण

परिवर्तनीय स्पंदक स्थिति भी एलईडी को बार-बार चालू और बंद करती है, लेकिन डेटा अवधि के अंदर स्पंदक स्थिति पर प्रतीकों को कूटलेखित करती है। जब भी स्पंदक डेटा अवधि के तत्काल प्रारम्भ में स्थित होती है, तो प्रेषित प्रतीक को तार्किक निम्न '0' के रूप में मानकीकृत किया जाता है, तार्किक उच्च '1' डेटा अवधि के साथ समाप्त होने वाले स्पंदक से बना होता है। क्योंकि जानकारी डेटा अवधि के अंदर स्पंदक के स्थान पर कूटलेखित की गई है, दोनों स्पंदक की चौड़ाई समान हो सकती है और होगी, और इस प्रकार, किसी क्षतिपूर्ति के प्रतीक की आवश्यकता नहीं है। मद्धिम प्रेषणी कलन विधि द्वारा किया जाता है, जो तदनुसार डेटा स्पंदक की चौड़ाई का चयन करेगा।

क्षतिपूर्ति स्पंदक की कमी के कारण ओओके की तुलना में वीपीपीएम का कूटलेखन करना थोड़ा आसान हो जाता है। हालाँकि, थोड़ा अधिक जटिल विमॉडुलन वीपीपीएम तकनीक पर उस सरलता की भरपाई करता है। यह विकूटन जटिलता अधिकतर प्रत्येक प्रतीक के लिए अलग-अलग बढ़ते किनारों पर कूटलेखित की गई जानकारी से आती है, जो सूक्ष्म नियंत्रक में प्रतिचयन को कठिन बना देती है। इसके अतिरिक्त, डेटा अवधि के भीतर एक स्पंदक के स्थान को कूटानुवाद करने के लिए, ग्राही को किसी तरह प्रेषक के साथ समकालिक किया जाना चाहिए, जिससे यह पता चल सके कि डेटा अवधि कब प्रारम्भ होती है और यह कितने समय तक चलती है। ये विशेषताएँ वीपीपीएम संकेत के विमॉडुलन को लागू करना थोड़ा अधिक कठिन बना देती हैं।

रंग स्थानान्तरण कुंजीयन

आईईईई 802.15.7 में उल्लिखित रंग स्थानान्तरण कुंजीयन (सीएसके), वीएलसी के लिए एक तीव्रता प्रतिरुपण आधारित प्रतिरुपण योजना है। सीएसके तीव्रता-आधारित है, क्योंकि माडुलित संकेत तीन (लाल/हरा/नीला) एलईडी तात्कालिक तीव्रता के भौतिक योग के बराबर तात्कालिक रंग लेता है। यह संग्राहक संकेत तुरंत, एक प्रतीक से दूसरे प्रतीक पर, विभिन्न दृश्यमान रंगों में उछलता है; इसलिए, सीएसके को आवृति स्थानान्तरण का एक रूप माना जा सकता है। हालाँकि, संचरित रंग में यह तात्कालिक भिन्नता मानवीय रूप से बोधगम्य नहीं है, क्योंकि मानव दृष्टि में सीमित अस्थायी संवेदनशीलता - समीक्षात्मक स्फुरण संलयन प्रभावसीमा (सीएफएफ) और समीक्षात्मक रंग संयोजन प्रभावसीमा (सीसीएफ), दोनों ही 0.01 सेकंड से कम समय में अस्थायी परिवर्तन हल नहीं कर सकते हैं। इसलिए, एलईडी का प्रसारण एक विशिष्ट समय-स्थिर रंग के लिए समय-औसत (सीएफएफ और सीसीएफ पर) पूर्व निर्धारित होता है। इस प्रकार मनुष्य केवल इस पूर्व निर्धारित रंग को ही समझ सकता है जो समय के साथ स्थिर प्रतीत होता है, लेकिन उस तात्कालिक रंग को नहीं समझ सकता है जो समय के साथ तीव्रता से बदलता है। दूसरे शब्दों में, सीएसके पारेषण एक निरंतर समय-औसत चमकदार प्रवाह बनाए रखता है, भले ही इसका प्रतीक अनुक्रम वर्णिकता में तीव्रता से भिन्न होता है। [29]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 "छवि सेंसर संचार". VLC Consortium.[dead link]
  2. ↑ 2.0 2.1 "दृश्यमान प्रकाश संचार के बारे में". VLC Consortium. Archived from the original on December 3, 2009.
  3. ↑ "Intelligent Transport System – Visible Light Communication". VLC Consortium. Archived from the original on January 28, 2010.
  4. ↑ M. Kavehrad, P. Amirshahi, "Hybrid MV-LV Power Lines and White Light Emitting Diodes for Triple-Play Broadband Access Communications," IEC Comprehensive Report on Achieving the Triple Play: Technologies and Business Models for Success, ISBN 1-931695-51-2, pp. 167-178, January 2006. See publication here Archived 2016-03-04 at the Wayback Machine
  5. ↑ "500 Megabits/Second with White LED Light" (Press release). Siemens. January 18, 2010. Archived from the original on September 29, 2012. Retrieved June 21, 2012.
  6. ↑ "St. Cloud first to sign on for new technology" (Press release). St. Cloud Times. Nov 19, 2010.
  7. ↑ "Wireless data from every light bulb".
  8. ↑ "LED and Visible Light Communications Could be Key to Unlocking $5 Billion Indoor Location Market". www.abiresearch.com.
  9. ↑ Yoshino, Masaki; Haruyama, Shinichiro; Nakagawa, Masao (1 January 2008). "High-accuracy positioning system using visible LED lights and image sensor". 2008 IEEE Radio and Wireless Symposium. pp. 439–442. doi:10.1109/RWS.2008.4463523. ISBN 978-1-4244-1462-8. S2CID 1023383 – via IEEE Xplore.
  10. ↑ S. Horikawa, T. Komine, S. Haruyama and M. Nakagawa,”Pervasive Visible Light Positioning System using White LED Lighting”, IEICE, CAS2003-142,2003.
  11. ↑ Zhang, W.; Kavehrad, M. (2012). "A 2-D indoor localization system based on visible light LED". 2012 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series. pp. 80–81. doi:10.1109/PHOSST.2012.6280711. ISBN 978-1-4577-1527-3. S2CID 10835473.
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  13. ↑ Panta, K.; Armstrong, J. (2012). "सफेद एल ई डी का उपयोग करके इनडोर स्थानीयकरण". Electronics Letters. 48 (4): 228. Bibcode:2012ElL....48..228P. doi:10.1049/el.2011.3759.
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  15. ↑ Giustiniano, Domenico; Tippenhauer, Nils Ole; Mangold, Stefan (2012). "Low-complexity Visible Light Networking with LED-to-LED communication". 2012 IFIP Wireless Days. pp. 1–8. doi:10.1109/WD.2012.6402861. ISBN 978-1-4673-4404-3. S2CID 14931354.
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