پژوهشگران در دانشگاه پلیتکنیک توکیو یک سامانه کمهزینه ارتباط نوری مرئی (VLC) مبتنی بر LED را با استفاده از سختافزارهای تجاری در دسترس توسعه دادهاند که انتقال پایدار داده را حتی در شرایط نور محیطی شدید ممکن میکند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این تیم پژوهشی، انتقال پایدار داده در فضای باز را با نرخهایی تا ۳٫۴۸ مگابیتبرثانیه و در فواصل چند متری از طریق پیادهسازی یک طرح کدگذاری جدید 8B13B روی یک آرایه دروازهای قابل برنامهریزی یا FPGA و اتصال آن به یک Raspberry Pi محقق کردهاند. این ترکیب، امکان استفاده از مؤلفههای ساده و در دسترس را بدون نیاز به تجهیزات تخصصی گرانقیمت فراهم کرده است.
این رویکرد، چالشهای کلیدی ارتباط نوری مرئی از جمله اعوجاج پالسها و تداخل شدید نور خورشید را به طور مؤثر برطرف میکند و مسیر عملی روشنی را برای استفاده از VLC در سامانههای حملونقل هوشمند یا ITS ارائه میدهد. این موضوع اهمیت ویژهای در محیطهای شهری پرتراکم دارد.
پژوهشگران توضیح دادهاند که ارتباط نوری مرئی به عنوان یک فناوری بیسیم جایگزین که از نور ساطعشده از LEDها برای انتقال داده استفاده میکند، توجه روزافزونی را به خود جلب کرده است. این فناوری به دلیل عدم استفاده از طیف فرکانس رادیویی، مزایای بالقوهای را در محیطهایی ارائه میدهد که ارتباط رادیویی با ازدحام، تداخل یا محدودیتهای مقرراتی مواجه است.
در تکناک بخوانید: رکورد جهانی ۲۸۰ گیگابیت بر ثانیه در ارتباطات بیسیم شکست
به طور خاص، ارتباط نوری مرئی برای سامانههای حملونقل هوشمند، گزینهای امیدبخش محسوب میشود، چرا که چراغهای راهنمایی، چراغهای خیابانی و سایر منابع نور شهری میتوانند نقش زیرساخت ارتباطی را ایفا کنند. با وجود این، تاکنون استقرار عملی این فناوری به دلیل حساسیت بالا به نور محیط و اعوجاج شکلموج در LEDها، با محدودیتهای جدی روبهرو بوده است.
اکنون تیم تحقیقاتی دانشگاه پلیتکنیک توکیو، یک سامانه ساده و مقرونبهصرفه VLC را معرفی کرده است، که بر بخش قابل توجهی از این موانع غلبه میکند. پژوهشگران یک طرح کدگذاری خطی جدید 8B13B را طراحی کردهاند، که به طور خاص برای ارتباط نوری مرئی بهینهسازی شده است و منطق سریالساز و غیرسریالساز را با استفاده از زبان توصیف سختافزار Verilog روی FPGA پیادهسازی کردهاند.
این FPGA از طریق رابط استاندارد SPI به یک Raspberry Pi متصل میشود و انتقال داده را تنها با استفاده از قطعات متداول و در دسترس امکانپذیر میسازد. این طراحی، هزینه سامانه را به طور قابل توجهی کاهش میدهد و امکان پیادهسازی گسترده را افزایش میدهد.
طرح کدگذاری پیشنهادی 8B13B از قالب بازگشت به صفر استفاده میکند و تعداد متعادلی از بیتهای منطقی صفر و یک را حفظ میکند تا سوسو زدن قابل مشاهده نور کاهش یابد و همگامسازی پایدار تضمین شود. این سامانه با اتکا به لبههای بالارونده پالسهای نوری، مقاومت بالایی را در برابر تغییرات عرض پالس ناشی از ویژگیهای پاسخ LED از خود نشان میدهد.
بیشتر بخوانید: بهترین اپلیکیشن برای ارتباط بیسیم در شرایط قطع آنتن و وایفای
نتایج آزمایشها نشان دادهاند که این سامانه، نرخ داده ۳٫۴۸ مگابیتبرثانیه را در فاصلهای در حدود ۳ متر و تحت نور محیطی شدید حتی در نور مستقیم خورشید با شدت بیش از ۹۰ هزار لوکس حفظ کرده است. پژوهشگران برای بهبود عملکرد، یک گیرنده شامل چندین فوتودیود و یک فیلتر نوری باندباریک طراحی کردهاند، که نور پسزمینه را به طور مؤثر سرکوب میکند.
این سامانه VLC میتواند در آینده برای انتقال دادههای ویدیویی تقاطعها یا ارسال اطلاعات نقاط کور زیرساختهای ترافیکی به خودروها به کار گرفته شود و حتی در سناریوهای رانندگی خودران، ایمنی را افزایش دهد. علاوه بر این، پژوهشگران این سامانه را به عنوان یک بستر آموزشی عملی معرفی میکنند، که مدارهای آنالوگ، مدارهای منطقی و نرمافزار را در یک سامانه واحد ترکیب میکند.
