التداخل في الاتصالات الضوئية

تداخل الضوضاء والإشارة في أنظمة نقل الألياف الضوئية عبارة عن خلاصة وافية حول موضوعات محددة ضمن نقل الألياف الضوئية وعملية تحسين تصميم النظام، كما يوفر معالجة شاملة لمكونات الضوضاء والتداخل بين الإشارات “ISI” التي تؤثر على أنظمة اتصالات الألياف الضوئية، وتحتوي على تغطية للضوضاء من مصدر الضوء والألياف والمستقبل وتم تصميم “ISI” بنهج إحصائي ممّا يؤدي إلى طرق حسابية جديدة مفيدة.

أساسيات التداخل في الاتصالات الضوئية

أظهرت الاتصالات اللاسلكية الضوئية “OWC” أنّها تقنية قوية لتطوير الروابط من نقطة إلى نقطة أساساً لتطبيقات مثل البناء إلى المبنى أو من مركبة إلى مركبة أو اتصالات نقطة النهاية المختلطة، كما يتم عرض الحزم عادةً من خلال حزم ضيقة يمكن فصلها بسهولة أكبر إلى مستقبلات هدف واحد، ويتيح إدخال المصادر المتباينة بإمكانية خدمة أجهزة استلام متعددة بإشارة واحدة ولكنّه يحفز أيضاً على التداخل في وجود مصادر متعددة.

كما يعمل ظهور إضاءة الصمام الثنائي الباعث للضوء “LED” كأساس لـ “OWC” للعديد من المستعملين إلى تزايد الحاجة إلى فهم تأثير كل من هذه الأبعاد:

• اختلاف المصدر ووجود الجيران.

• ويمتد في المجال إلى اتصالات الضوء المرئي “VLC”.

• دقة الضوء “LiFi”.

• وإلى النقطة التي أصبحت فيها أنظمة الوصول المتعددة “OWC” متوفرة الآن.

وباعتبارها تقنية جديدة لم يستكشف مجتمع البحث تأثير تركيبات “VLC” واسعة النطاق ولا تأثير زيادة كثافة نقاط الوصول “APs” لدعم العدد المتزايد من الأجهزة التي تسعى في الوصول إلى الشبكة، كما تعمل الأبحاث المبتكرة في “VLC” بشكل أساسي بالتركيز على تطبيقات الطبقة المادية والوصلة الواحدة لضمان الاتصال الناجح من نقطة إلى نقطة، وفصل ارتباط المرسل والمستقبل في نظام ثابت.

• “ISI” هي اختصار لـ “inter symbol interference”.

• “VLC” هي اختصار لـ “Visible light communication”.

• “AP” هي اختصار لـ “access point”.

• “OWC” هي اختصار لـ “Optical wireless communications”.

• “LiFi” هي اختصار لـ “Light Fidelity”.

• “LED” هي اختصار لـ “Light-Emitting Diode”.

مبدأ عمل التداخل في الاتصالات الضوئية

تم العمل على تطوير عمل الارتباط من خلال معالجة الإشارات وإدخال تقنيات تعديل جديدة وتتعمق الأعمال الأكثر تطوراً في مستوى النظام من خلال نشر خلايا اتصالات متعددة النقاط، كما تم إظهار أنظمة نقاط الوصول المتعددة هذه الخلايا المجاورة التي تعمل بشكل طبيعي إلى التداخل عند استقبال إشارات من نقاط وصول متعددة في وقت واحد، ويمكن أن يكون التداخل أيضاً من عمليات إرسال متعددة للمستعمل.

لكنّ القليل من العمل قد وضع التداخل في تسلسل الوصلات الصاعدة “OWC” وتأثير الوصلة الصاعدة داخل النطاق على توزيع الإشارات العلوية أي “AP”، وهذا في الهدف الأول لأنّ الكثير من الأنظمة تحتوي على عدم تماثل باستعمال وسيط بديل للوصلة الصاعدة، ولهذا السبب يضع التركيز على تداخل الوصلة الهابطة تاركاً تحليل تداخل الوصلة الصاعدة كفرصة بحث مفتوحة.

كما أنّ المعلمات التي تؤثر على تحليل التداخل لـ “VLC” أثناء التكثيف تشمل على عدد أجهزة المستعمل “UDs” وتغطية نقطة الوصول وكثافة نقطة الوصول وتداخل التغطية، ومن خلال زيادة كثافة “AP” يُظن أنّ السعة الإضافية المتاحة ستتعامل مع الطلبات الإجمالية لكثافة الجهاز المتزايدة، ومع ذلك فإنّ كثافة “AP” الأعلى تدل على تغطية نقطة وصول أقل أو تداخل تغطية متزايد.

كما ترتبط هذه المعلمات أيضاً بأسلوب إرسال المرسل بما في ذلك عرض الحزمة، ويخصص نمط البث وتوزيع “AP” وكثافة الجهاز ونمط القبول أي مجال رؤية الجهاز “FOV”، ويمكن اعتاده للتحكم في التداخل في نظام “VLC”.

يمكن رفع السعة اللاسلكية إلى المساحات الداخلية من خلال زيادة كثافة نقطة الوصول لكنّ العمل على ذلك يمكن أن يزيد من التداخل، كما يتيح الضوء بخاصيته الاتجاهية مكاسب في الأداء فيما يتعلق بالتداخل، كما تم الكشف عن علاقة “VLC” بنماذج التردد اللاسلكي “RF” .

كما يتم استخدام مصطلح “OWC” بدلاً من “VLC” أو “LiFi” ممّا يعني استخدام الطيف المرئي، وأطياف بصرية أخرى مثل الأشعة فوق البنفسجية “UV” أو الأشعة تحت الحمراء “IR” قابلة للتطبيق، وكذلك مغطاة بملصق “OWC” الأكثر عمومية.

• “FOV” هي اختصار لـ “field of view”.

• “UV” هي اختصار لـ “Ultraviolet”.

• “RF” هي اختصار لـ “radio frequency”.

• “IR” هي اختصار لـ “Infrared”.

التداخل في الشبكات اللاسلكية الضوئية

يعد التداخل معلمة مهمة عند نشر الأنظمة، حيث تكون الروابط المتعددة نشطة في نفس الوقت وداخل نطاق بعضها البعض، كما يتم تحديد الخصائص الفريدة لعمليات نشر الوسيط البصري وشبكة “OWC” التي تميز تحليل التداخل “OWC” عن تقنيات تحليل التداخل التقليدية، والمستخدمة في اتصالات التردد اللاسلكي.

خصائص الوسائط البصرية في تداخل الاتصالات الضوئية

1- اتجاهية الوسط

يحدد نمط الإضاءة أو عرض الحزمة لجهاز الإرسال بالإضافة إلى مجال الرؤية “FOV” الخاص بالمستقبل خاصية الاتجاه ويكتشف المستشعر فقط الإشارات في مجال الرؤية الخاص به، وهذه الخاصية من خلال أجهزة استقبال مختلفة موجهة في اتجاهات مختلفة ودورات و”FOVs” فيما يتعلق بجهاز إرسال، كما يشير هذا الاتجاه إلى أنّ الاتجاه النسبي للمرسل والمستقبل له تأثير كبير على جودة الاتصال، كما تم تصميم الترددات الراديوية الفرعية جيجاهرتز “sub-GHz” على أنّها شاملة الاتجاهات، وعند الترددات العالية تصبح مشابهة للاتجاه البصري.

2- قيود الطاقة الضوئية

عندما يُتوقع أن يوفر الناقل البصري الإضاءة يجب أن تتوافق الإشارة الضوئية مع اتفاقيات الإضاءة وطبيعة الإدراك البشري بما في ذلك الكثافة والوهج والوميض وجودة اللون، وأيضاً تعديل الكثافة بإشارات الكشف المباشر “IM / DD” له علاقة مختلفة بين القيد أي متوسط ​​الطاقة الضوئية مقابل الطاقة الكهربائية وتيار الإشارة أو الجهد، وبالنسبة للإشارة الكهربائية يرتبط متوسط ​​القدرة الضوئية في “IM / DD” بقيد بينما يحدد متوسط ​​الطاقة الكهربائية قيدًا على تباين الإشارة، وهي إشارة 0 يعني “10”.

• “IM / DD” هي اختصار لـ “Intensity Modulation with Direct Detection”.

3- مخططات التحوير

باستخدام “IM / DD” تكون الإشارات الضوئية المرسلة ذات قيمة حقيقية وغير سلبية، كما تؤدي هذه الخاصية إلى العديد من متغيرات التعديل، مثل تعديل اتساع النبضة “PAM” وتعديل موضع النبضة “PPM” وتعدد إرسال بتقسيم التردد المتعامد المقطوع بشكل غير متماثل “AC-OFDM” للتوفيق بين الضوء كناقل.

• “AC-OFDM” هي اختصار لـ “Asymmetrically cut orthogonal frequency division multiplexing”.

• “PAM” هي اختصار لـ “Pulse-amplitude modulation”.

• “PPM” هي اختصار لـ “Pulse-position modulation”.

4- الضوضاء

تنتج الإضاءة المحيطة أي ضوء الشمس ضوضاء طلقة في أنظمة “OWC”، كما يمكن أن تؤدي الطاقة الضوئية للتيار المستمر من مصادر الإضاءة المحيطة أيضاً إلى تشبع في جهاز الاستقبال، ممّا قد يؤدي إلى قطع الإشارات المعدلة المعدة للاستقبال.

5- خصائص القناة

تتكون قوة الإشارة الضوئية من خط البصر “LOS” وإشارات متعددة المسارات المنعكسة، ومع ذلك مع استثناءات قليلة تعتبر أنّ الانعكاسات لها تأثير ضئيل عند وجود مسار “LOS”، وعلى سبيل المثال يعرض “Komine & Nakagawa” النتائج التي خلصت إلى أنّه في معظم البيئات يمكن تجاهل متوسط ​​القوة الإجمالية في الانعكاسات.

6- الانسداد

يتم حظر الإشارات الضوئية بواسطة الأجسام المعتمة في حين أنّ الترددات الراديوية يمكن أن تنتشر بدرجة معينة من التوهين، كما يمكن أن يكون هذا تحسيناً أمنياً للحد من التنصت على “OWC” أو يمكن أن يكون مصدر إزعاج عندما تمر الكائنات المتحركة بين جهاز إرسال ومستقبل يعيق مسار “LOS”، كما تتبنى الترددات اللاسلكية هذه الخاصية في الأطوال الموجية المليمترية.