اتصالات الضوء المرئي القائمة على الألياف FVLC

إنّ الاتصالات الضوئية المرئية (VLC) هي تقنية لاسلكية تعتمد على تعديل الكثافة الضوئية، ومع ذلك يتم إعاقة (VLC) بسبب عمق الاختراق المنخفض للضوء المرئي في الوسائط غير الشفافة، ويتمثل أحد الحلول في توسيع العملية إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء المتوفرة وبالتالي تمكين (VLC) في التطبيقات الحيوية الضوئية.

تعريف اتصالات الضوء المرئي القائمة على الألياف FVLC

في السنوات الأخيرة أدى الطلب المتزايد على سرعات نقل بيانات أسرع من تقنيات الراديو ذات النطاق الترددي المحدود إلى أنظمة الاتصالات اللاسلكية الضوئية، والتي تقدم نطاقًا تردديًا غير محدود “عمليًا” (> 400 THz) من خلال استغلال الأشعة فوق البنفسجية إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء في الطيف الكهرومغناطيسي.

من بين هذه الأنظمة، تُعد أنظمة (VLC) جذابة بسبب إمكانية الاستفادة من انتشار الأجهزة الباعثة للضوء المستخدمة بالفعل في عدد لا يحصى من التطبيقات التجارية، بدءًا من أنظمة الإضاءة إلى الهواتف المحمولة وشاشات التلفاز.

يتم إرسال إشارة الضوء المرئي المعدلة من مصدر الضوء مثل: (LED) أو الصمام الثنائي الليزري (LD) ويتم تحويل إشارة الضوء المرئي المعدلة إلى صورة بواسطة جهاز كشف ضوئي (PD)، ويشتمل على مستشعر صورة مكمل لـ (CMOS).

من الممكن نقل البيانات عن طريق تعديل مصابيح (LED)، ومع ذلك يمكن أن تؤثر المسافة وموقع المستقبل من مصدر الضوء على قدرة جهاز الاستقبال على فك ترميز البيانات المرسلة، من مصدر الضوء باستخدام إشارات (VLC) وفك ترميزها بدقة، وإذا كان جهاز الاستقبال على مسافة بعيدة من مصدر الضوء فقد يكون جهاز الاستقبال قادرًا على إزالة تشكيل وفك ترميز جزء فقط من إشارة (VLC)، وفي مكان بعيد قد يتوافق جزء فقط من الصورة الملتقطة مع صورة مصدر الضوء.

ملاحظة:“VLC” هي احتصار لـ “Visible light communication”.

ملاحظة:“CMOS” هي احتصار لـ “Complementary metal–oxide–semiconductor”.

ملاحظة:“LED” هي احتصار لـ “Light-emitting diode”.

أساسيات اتصالات الضوء المرئي القائمة على الألياف FVLC

في بعض الاختلافات يتم توفير طريقة لفك ترميز إشارة اتصال الضوء المرئي (VLC)، وتتضمن الطريقة التقاط صورة لمصدر ضوء ينبعث منه إشارة ضوئية مشكلة تشتمل على تسلسل زمني للرموز، وتحديد إشارة مجال زمني من الصورة الملتقطة وتحديد رمز واحد على الأقل مفكك من إشارة المجال الزمني، ورمز واحد على الأقل مفكك من إشارة مجال الوقت وبين رمز واحد على الأقل مفكك الرموز والرمز المقاس بين الرمز السابق على الأقل الذي تم فك ترميزه.

يمكن استخدام التطبيقات لفك ترميز الكلمة المرمزة المرسلة عندما يكون رمز واحد فقط لكل إطار مرئيًا للكاميرا أو يكون جزء فقط من النبضة المقابلة للرمز مرئيًا، كما يرسل مصدر الضوء بشكل متكرر كلمة كود تشتمل على سلسلة من الرموز المشكّلة إلى الضوء المنبعث، كما تنتمي الرموز المرسلة إلى مجموعة محددة مسبقًا من الرموز، حيث يكون للرموز فترة فريدة تميزها عن الرموز الأخرى.

يشتمل نظام (VLC) على وحدة تحكم تم تكوينها للتحكم في تشغيل أو وظيفة جهاز الإضاءة وقد تتضمن وحدة تحكم كوحدة مستقبل (VLC)، مثل وحدة مستقبل (VLC) ويتم تكوينها لتلقي و التقاط انبعاثات الضوء من مصدر الضوء الخاص بتركيب الإضاءة وفك ترميز وتحديد الكلمات بالضوء المنبعث الملتقط من تركيبات الإضاءة.

يتم تعديل الضوء المنبعث من مصدر الضوء لجهاز الإضاءة بشكل يمكن التحكم فيه ليشمل نبضات مع معلومات التوقيت التي تختلف وفقًا لرموز كلمة الترميز في الضوء المنبعث، كما يتم التقاط نبضات مرئية من إطارات كلمة المرور المتكررة المنبعثة من جهاز الإضاءة بواسطة وحدة التقاط الصورة للجهاز المحمول أي النبضات التي تم فك ترميزها، ويتم استخدام النبضات التي تم فك ترميزها مع معلومات التوقيت للتحديد من المجموعة المحددة مسبقًا لكلمات الكود المرشحة.

قد يشتمل نظام (VLC) على أي عدد من وحدات التحكم والأجهزة المحمولة، كما يمكن تنفيذ وظيفة وحدة التحكم بواسطة الجهاز المحمول، وقد يتصل الجهاز المحمول مباشرة بجهاز الإضاءة وقد يشتمل جهاز الإضاءة على رابط أو قناة والتي قد تكون رابط (WiFi)، أو ارتباط تم إنشاؤه عبر خط طاقة أو ارتباط قائم على (LAN) أو دائرة تشغيل أو مصدر ضوء للتواصل مع وحدة التحكم.

ملاحظة:“LAN” هي احتصار لـ “Local Area Network”.

استخدامات اتصالات الضوء المرئي القائمة على الألياف FVLC

• يمكن تنفيذ دائرة الاتصالات باستخدام تقنيات الاتصال بما في ذلك بروتوكولات (IEEE 802.11) وتقنيات المجال القريب كشبكة التكنولوجيا اللاسلكية (Bluetooth) و(ZigBee)، وتقنيات (WWAN) الخلوية ويتم تنفيذ واحد أو أكثر من أجهزة الإرسال والاستقبال وفقًا لأي واحد أو أكثر من أي من البروتوكولات، ويمكن أن تتحقق وحدة التحكم كجزء من دائرة الاتصالات.

• قد يتم تكوين وحدة التحكم لضبط أو إعادة تعيين كلمة المرور في كل من الإضاءات، وقد تحتوي وحدة الإنارة على سلسلة من الكلمات المرمزة، قد يشتمل مصدر الضوء على واحد أو أكثر من الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) أو غيرها من العناصر الباعثة للضوء، وقد يتم استبدال مصدر الضوء بمجموعة من مصادر الضوء أو مجموعات يتم التحكم فيها بشكل فردي من العناصر الباعثة للضوء.

• إنّ إشارة (VLC) لها دورة عمل بنسبة (25%) وقد تتضمن نبضات ثنائية القطب، كما يمكن أن تقتصر كل نبضة على واحدة من مجموعة الفواصل الزمنية، وقد تحدد النبضات المتعددة لإشارة (VLC) ويمكن أن يسبق مثيل المعرف نبضتان متتاليتان تحددان إشارة التزامن، ومثل إشارة (VLC) بدورة عمل بنسبة (50%) ويمكن محاذاة النبضة الأولى لإشارة التزامن مع بداية الفترة الزمنية وإشارة التزامن بحيث يمكن محاذاة النبضة الثانية مع نهاية الفترة الزمنية.

• يتبع نبضات إشارة التزامن عدد من الرموز، كما يمكن تعديل موضع النبضة الرموز وقد تحدد بعض الرموز رموزًا منطقية “0” وقد تتماشى مع علامات إنهاء فتراتها الزمنية، وقد تحدد الرموز الأخرى الرموز المنطقية “1” وقد تكون موجودة في موقع مركزي ضمن فتراتها الزمنية، كما يسمح هذا للجهاز المتوافق مع (VLC) باكتشاف إشارة التزامن بين رموز المعرفات المتتالية.

• قد يتم إرسال مثيلات أخرى من المعرف باتباع رموز مثيل المعرف، بحيث يمكن إرسال مثيلات المعرف بشكل متسلسل وبغض النظر عن حدود إطار (VLC)، وقد تحتوي إشارة (VLC) على نبضات تشغيل سالبة ومع دورة عمل تبلغ (75%)، وقد تتنوع دورة العمل ويمكن أن تقتصر كل نبضة على واحدة من مجموعة الفواصل الزمنية.

• كما قد تتماشى مع نهاية الفترة الزمنية، ومع ذلك بدلاً من أن تكون النبضات نبضات ثنائية القطب قد تكون نبضات إشارة (VLC) نبضات سلبية، وأحد أسباب تبديل القطبية هو أنّ الفترة الفاصلة بين النبضات أقل من الفترة الفاصلة بين نبضات أي رمزين متتاليين لكلمة الكود، أو لا يمكن تمييزها عن هذه الفترة من أجل منعها أو قمعها.

ملاحظة:“WWAN” هي احتصار لـ “Wireless wide area networks”.

في النهاية، قد تحدد النبضات المتعددة لإشارة (VLC) مثيلاً لكلمة ترميز، ويمكن محاذاة النبضة الأولى لإشارة التزامن مع بداية الفترة الزمنية الخاصة بها ويمكن محاذاة إشارة التزامن مع بداية الفاصل الزمني.