Usuário(a):VinAbqrq (UU)/Visible light communication

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A luz visível é apenas uma pequena parte do espectro eletromagnético.

Comunicação por luz visível (CLV) é uma variante de comunicação de dados que usa luz visível entre 400 e 800 THz (780-375 nm). VLC é um subconjunto de tecnologias de comunicação óptica sem fio.

A tecnologia usa lâmpadas fluorescentes (lâmpadas comuns, não dispositivos de comunicação especiais) para transmitir sinais em 10 kbit /s, ou LEDs para até 500 Mbit/s em distâncias curtas. Sistemas como o RONJA podem transmitir em velocidade Ethernet total (10 Mbit/s) em distâncias de 1–2 km (0.6–1.2 mi) .

Dispositivos eletrônicos especialmente projetados geralmente contendo um fotodiodo recebem sinais de fontes de luz,[1] embora em alguns casos uma câmera de telefone celular ou uma câmera digital seja suficiente.[2] O sensor de imagem usado nesses dispositivos é na verdade uma matriz de fotodiodos (pixels) e em algumas aplicações seu uso pode ser preferido em vez de um único fotodíodo. Tal sensor pode fornecer tanto multicanal (até 1 pixel = 1 canal) ou uma consciência espacial de múltiplas fontes de luz.

O VLC pode ser usado como um meio de comunicação para computação ubíqua, uma vez que dispositivos de produção de luz (como lâmpadas internas / externas, TVs, sinais de trânsito, displays comerciais e faróis / lanternas traseiras de carros [3] ) são usados em todos os lugares.[2]

História[editar | editar código-fonte]

A história das comunicações por luz visível (CLV) pode ser traçada à década de 1880 em Washington, DC, quando o cientista escocês Alexander Graham Bell inventou o fotofone, que transmitia a fala na luz solar modulada por várias centenas de metros. Isto precede a transmissão da fala por rádio.

Trabalhos mais recentes começaram em 2003 no Laboratório Nakagawa, na Universidade Keio, no Japão, usando LEDs para transmitir dados por luz visível. Desde então, várias atividades de pesquisa foram focadas em CLV.

Em 2006, pesquisadores do CICTR na Penn State propuseram uma combinação de comunicação de linha de energia (PLC) e LED de luz branca para fornecer acesso de banda larga para aplicações internas.[4] Esta pesquisa sugeriu que o CLV poderia ser implantado como uma solução perfeita para aplicações de última milha no futuro.

Em janeiro de 2010, uma equipe de pesquisadores da Siemens e do Instituto Fraunhofer de Telecomunicações, Instituto Heinrich Hertz em Berlim, demonstrou transmissão em 500Mbit/s com um LED branco a uma distância de 5 m (16 ft), e 100 Mbit/s em distâncias mais longas usando cinco LEDs. [5]

O processo de padronização CLV é conduzido dentro do grupo de trabalho IEEE 802.15.7 .

Em dezembro de 2010, a cidade de St. Cloud, Minnesota, assinou um contrato com a LVX Minnesota e se tornou a primeira a implantar comercialmente essa tecnologia. [6]

Em julho de 2011, uma apresentação no TED Global. [7] fez uma demonstração ao vivo de vídeo de alta definição sendo transmitido de uma lâmpada LED padrão e propôs o termo Li-Fi para se referir a um subconjunto da tecnologia de CLV.

Recentemente, os sistemas de posicionamento interno baseados em CLV se tornaram um tópico atraente. A pesquisa da ABI prevê que tal sistema pode ser uma solução chave para desbloquear o "mercado de localização interna" de US $ 5 bilhões.[8] Publicações têm vindo do Laboratório Nakagawa, [9] enquanto a ByteLight entrou com uma patente [10] em um sistema de posicionamento de luz usando reconhecimento de pulso digital LED em março de 2012. [11] [12] COWA na Penn State [13] [14] e outros pesquisadores ao redor do mundo [15] [16] também produziram trabalhos sob o tema.

Outra aplicação recente é no mundo dos brinquedos, graças à implementação econômica e de baixa complexidade, que requer apenas um microcontrolador e um LED como transmissor óptico. [17]

Sistemas CLV podem ser usados para fornecer segurança. [18] [19] Eles são especialmente úteis em redes de sensores corporais e redes de área pessoal.

Recentemente, LEDs orgânicos (OLED) têm sido usados como transceptores ópticos para construir links de comunicação CLV de até 10Mbit/s. [20]

Em outubro de 2014, a Axrtek lançou um sistema comercial com LED RGB de CLV bidirecional denominado MOMO que realiza downloads e uploads a velocidades de 300 Mbit/s com um alcance de 4,6 m. [21]

Em maio de 2015, a Philips colaborou com a empresa de supermercados Carrefour para fornecer serviços baseados em localização CLV para smartphones de clientes em um hipermercado em Lille, França. [22] Em junho de 2015, duas empresas chinesas, Kuang-Chi e Ping An Bank, fizeram parceria para lançar um cartão de pagamento que comunica informações por meio de uma luz visível única. [23] Em março de 2017, a Philips configurou os primeiros serviços baseados em localização CLV para smartphones de clientes na Alemanha. A instalação foi apresentada na EuroShop em Düsseldorf (5 a 9 de março). Como primeiro supermercado na Alemanha, um supermercado Edeka em Düsseldorf-Bilk está usando o sistema, que oferece uma precisão de posicionamento de 30 centímetros, que atende às demandas especiais no varejo de alimentos. [24] [25] Os sistemas de posicionamento interno baseados em CLV [26] podem ser usados em locais como hospitais, lares de idosos, depósitos e grandes escritórios abertos para localizar pessoas e controlar veículos robóticos internos.

Existe uma rede wireless que utiliza luz visível para transmissão de dados , porém sem modulação de intensidade de fontes ópticas, ao contrário das aplicações comuns de CLV. No lugar, é utilizado um gerador de vibração em vez de fontes ópticas para transmissão de dados. [27]

Técnicas de modulação[editar | editar código-fonte]

Para o envio de dados, é necessária uma modulação de luz. Uma modulação é a forma em que o sinal de luz varia para representar diferentes símbolos. Ao contrário da transmissão de rádio, uma modulação VLC requer que o sinal de luz seja modulado em torno de um valor contínuo positivo, responsável pelo aspecto de iluminação da lâmpada. A modulação será, portanto, um sinal alternado em torno do nível CC positivo, com uma frequência alta o suficiente para ser imperceptível ao olho humano. [28]

Devido a essa superposição de sinais, a implementação do transmissor VLC geralmente requer um conversor CC de maior potência e resposta mais lenta, com alta eficiência e responsável pela polarização do LED que fornecerá iluminação, em conjunto com um amplificador de resposta mais rápida, capaz de sintetizar a modulação de corrente alternada necessária, com menor potência e eficiência mais baixa.

Existem várias técnicas de modulação disponíveis, compostas principalmente em três grupos principais [29]: Transmissão Modulada de Portadora Única (SCMT, do inglês Single-Carrier Modulated Transmission), Transmissão Modulada por Portadora Múltipla (MCMT, do inglês Multi-Carrier Modulated Transmission) e Transmissão Baseada em Pulsos (PBT, do inglês Pulse-Based Transmission).

Transmissão modulada de portadora única[editar | editar código-fonte]

A Transmissão Modulada de Portadora Única compreende técnicas de modulação estabelecidas para as formas tradicionais de transmissão, como o rádio. Uma onda senoidal é adicionada ao nível CC da iluminação, permitindo que a informação digital seja codificada nas características da onda. Ao comutar entre dois ou vários valores diferentes de uma determinada característica, os símbolos atribuídos a cada valor são transmitidos no canal de luz.

As técnicas possíveis são Comutação de Amplitude (ASK, do inglês Amplitude Switch Keying), Comutação de Fase (PSK, do inglês Phase Switch Keying), e Comutação de Frequência (FSK, do inglês Frequency Switch Keying). Destes três, FSK é capaz de transmissão com maior taxa de bits, uma vez que permite que mais símbolos sejam facilmente diferenciados na comutação de frequência. Uma técnica adicional chamada Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM, do inglês Quadrature Amplitude Modulation) também foi proposta, onde a amplitude e a fase da tensão senoidal são comutadas simultaneamente para aumentar o número possível de símbolos [28] .

Transmissão Modulada por Portadora Múltipla[editar | editar código-fonte]

A Transmissão Modulada por Portadora Múltipla funciona da mesma forma que os métodos de Transmissão Modulada por Portadora Única, mas incorpora duas ou mais ondas senoidais moduladas para transmissão de dados [30]. Este tipo de modulação está entre as mais difíceis e complexas de sintetizar e decodificar. Porém, apresenta a vantagem de se sobressair na transmissão multi-percurso, onde o receptor não fica em visão direta do transmissor e, portanto, faz com que a transmissão dependa do reflexo da luz em outras barreiras.

Transmissão baseada em pulso[editar | editar código-fonte]

A transmissão baseada em pulso abrange técnicas de modulação nas quais os dados são codificados não em uma onda senoidal, mas em uma onda pulsada. Ao contrário dos sinais alternados senoidais, nos quais a média periódica será sempre nula, as ondas pulsadas baseadas em estados alto-baixo apresentarão valores médios inerentes. Isso traz duas vantagens principais para as modulações de transmissão baseada em pulso:

  • Pode ser implementado com um único conversor CC de alta potência e alta eficiência e resposta lenta, com a modulação possibilitada por um interruptor de potência adicional operando em velocidades rápidas para fornecer corrente ao LED em determinados instantes.
  • Uma vez que o valor médio depende da largura de pulso do sinal de dados, a mesma chave que opera a transmissão de dados pode fornecer controle de brilho, simplificando muito o conversor CC.

Devido a essas importantes vantagens de implementação, essas modulações com capacidade de escurecimento foram padronizadas na norma IEEE 802.15.7, em que são descritas três técnicas de modulação baseadas em pulsos: Comutação On-Off (OOK, do inglês On-Off Keying), Modulação por Posição Variável de Pulso (VPPM, do inglês Variable Pulse Position Modulation) e Comutação de Cor (CSK, do inglês Color Shift Keying).

Comutacão On-Off[editar | editar código-fonte]

Na técnica Comutação On-Off , o LED é ligado e desligado repetidamente, sendo os símbolos diferenciados pela largura de pulso. Um pulso mais largo representa o alto lógico '1', enquanto os pulsos mais estreitos representam baixo lógico '0'. Como os dados são codificados na largura de pulso, as informações enviadas afetarão o nível de brilho se não forem corrigidas: por exemplo, um fluxo de bits com vários valores altos '1' parecerá mais brilhante do que um fluxo de bits com vários valores baixos '0'. Para corrigir este problema, a modulação requer um pulso de compensação que será inserido no período do dado sempre que necessário para equalizar o brilho. A falta deste símbolo de compensação pode causar oscilação perceptível, o que é indesejável.

Por causa do pulso de compensação adicional, a modulação dessa onda é um pouco mais complexa do que a modulação por VPPM. No entanto, as informações codificadas na largura de pulso são fáceis de diferenciar e decodificar, de modo que a complexidade do transmissor é equilibrada pela simplicidade do receptor.

Modulação de posição variável de pulso[editar | editar código-fonte]

Posição Variável de Pulso também opera acionando e desligando o LED repetidamente, mas codifica os símbolos na posição de pulso dentro do período de dados. Quando o pulso está localizado no início imediato do período de dados, o símbolo transmitido é padronizado como lógico baixo '0', com lógico alto '1' sendo caracterizado por pulsos que terminam junto com o período de dados. Como a informação é codificada na localização do pulso dentro do período de dados, ambos os pulsos podem e terão a mesma largura e, portanto, nenhum símbolo de compensação é necessário. A variação de brilho é realizada pelo algoritmo de transmissão, que selecionará a largura dos pulsos de dados de acordo.

A falta de um pulso de compensação torna o VPPM marginalmente mais simples de codificar quando comparado ao OOK. No entanto, uma demodulação um pouco mais complexa compensa essa simplicidade na técnica VPPM. Essa complexidade de decodificação vem principalmente da informação sendo codificada em diferentes bordas de subida e descida para cada símbolo, o que torna a amostragem mais difícil em um microcontrolador. Além disso, para decodificar a localização de um pulso dentro do período de dados, o receptor deve estar de alguma forma sincronizado com o transmissor, sabendo exatamente quando um período de dados começa e quanto tempo o mesmo dura. Essas características tornam a demodulação de um sinal VPPM um pouco mais difícil de implementar.

Comutação de Cor[editar | editar código-fonte]

Comutação de Cor (CSK), descrito no IEEE 802.15.7, é um esquema de modulação baseado em modulação de intensidade para VLC. O CSK é baseado na intensidade, uma vez que o sinal modulado assume uma cor instantânea igual à soma física de três intensidades instantâneas do LED (vermelho / verde / azul). Este sinal modulado salta instantaneamente, de símbolo em símbolo, através de diferentes cores visíveis; portanto, CSK pode ser interpretado como uma forma de mudança de frequência. No entanto, esta variação instantânea na cor transmitida não deve ser humanamente perceptível, por causa da sensibilidade temporal limitada na visão humana - o " limiar crítico de fusão de cintilação " (CFF) e o "limiar crítico de fusão de cor" (CCF), ambos dos quais não podem resolver mudanças temporais menores que 0,01 segundo. As transmissões dos LEDs são, portanto, predefinidas para uma média de tempo (sobre o CFF e o CCF) para uma cor de constante de tempo específica. Os humanos podem, portanto, perceber apenas essa cor predefinida que parece constante ao longo do tempo, mas não podem perceber a cor instantânea que varia rapidamente no tempo. Em outras palavras, a transmissão CSK mantém um fluxo luminoso com média de tempo constante, mesmo que sua sequência de símbolos varie rapidamente em cromaticidade . [31]

Veja também[editar | editar código-fonte]

35em

  1. ↑ «Image Sensor Communication». VLC Consortium 
  2. ↑ a b «About Visible Light Communication». VLC Consortium. Cópia arquivada em December 3, 2009  Verifique data em: |arquivodata= (ajuda)
  3. ↑ «Intelligent Transport System – Visible Light Communication». VLC Consortium. Cópia arquivada em January 28, 2010  Verifique data em: |arquivodata= (ajuda)
  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 Arquivado em 2016-03-04 no Wayback Machine
  5. ↑ (Nota de imprensa) http://www.siemens.com/innovation/en/news/2010/500-megabits-second-with-white-led-light.htm. [September 29, 2012 Cópia arquivada em https://web.archive.org/web/20120929044003/http://www.siemens.com/innovation/en/news/2010/500-megabits-second-with-white-led-light.htm] Verifique valor |arquivourl= (ajuda)  Verifique data em: |arquivodata= (ajuda); Em falta ou vazio |título= (ajuda)
  6. ↑ (Nota de imprensa) http://smart-grid.tmcnet.com/news/2010/11/19/5148608.htm  Em falta ou vazio |título= (ajuda)
  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, M.; Haruyama, S.; Nakagawa, M.;, "High-accuracy positioning system using visible LED lights and image sensor," Radio and Wireless Symposium, 2008 IEEE, vol., no., pp.439-442, 22-24 Jan. 2008.
  10. ↑ «Light positioning system using digital pulse recognition» 
  11. ↑ 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. [S.l.: s.n.] pp. 439–442. ISBN 978-1-4244-1462-8. doi:10.1109/RWS.2008.4463523 – via IEEE Xplore  Verifique data em: |data= (ajuda)
  12. ↑ S. Horikawa, T. Komine, S. Haruyama and M. Nakagawa,”Pervasive Visible Light Positioning System using White LED Lighting”, IEICE, CAS2003-142,2003.
  13. ↑ Zhang, W.; Kavehrad, M. (2012). «A 2-D indoor localization system based on visible light LED». 2012 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series. [S.l.: s.n.] pp. 80–81. ISBN 978-1-4577-1527-3. doi:10.1109/PHOSST.2012.6280711 
  14. ↑ Lee, Yong Up; Kavehrad, Mohsen (2012). «Long-range indoor hybrid localization system design with visible light communications and wireless network». 2012 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series. [S.l.: s.n.] pp. 82–83. ISBN 978-1-4577-1527-3. doi:10.1109/PHOSST.2012.6280712 
  15. ↑ Panta, K.; Armstrong, J. (2012). «Indoor localisation using white LEDs». Electronics Letters. 48. 228 páginas. doi:10.1049/el.2011.3759 
  16. ↑ Kim, Hyun-Seung; Kim, Deok-Rae; Yang, Se-Hoon; Son, Yong-Hwan; Han, Sang-Kook (2011). «Indoor positioning system based on carrier allocation visible light communication». 2011 International Quantum Electronics Conference (IQEC) and Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) Pacific Rim incorporating the Australasian Conference on Optics, Lasers and Spectroscopy and the Australian Conference on Optical Fibre Technology. [S.l.: s.n.] pp. 787–789. ISBN 978-0-9775657-8-8. doi:10.1109/IQEC-CLEO.2011.6193741 
  17. ↑ Giustiniano, Domenico; Tippenhauer, Nils Ole; Mangold, Stefan (2012). «Low-complexity Visible Light Networking with LED-to-LED communication». 2012 IFIP Wireless Days. [S.l.: s.n.] pp. 1–8. ISBN 978-1-4673-4404-3. doi:10.1109/WD.2012.6402861 
  18. ↑ Xin Huang; Bangdao Chen; A.W. Roscoe;, "Multi−Channel Key Distribution Protocols Using Visible Light Communications in Body Sensor Networks", Computer Science Student Conference 2012, (pp. 15), Nov. 2012., See publication here
  19. ↑ Huang, X.; Guo, S.; Chen, B.; Roscoe, A. W. (2012). Bootstrapping body sensor networks using human controlled LED-camera channels. [S.l.: s.n.] pp. 433–438. ISBN 978-1-4673-5325-0 
  20. ↑ Haigh, Paul Anthony; Bausi, Francesco; Ghassemlooy, Zabih; Papakonstantinou, Ioannis; Le Minh, Hoa; Fléchon, Charlotte; Cacialli, Franco (2014). «Visible light communications: Real time 10 Mb/S link with a low bandwidth polymer light-emitting diode» (PDF). Optics Express. 22: 2830–8. Bibcode:2014OExpr..22.2830H. PMID 24663574. doi:10.1364/OE.22.002830 
  21. ↑ Axrtek MOMO Axrtek, Inc.
  22. ↑ (Nota de imprensa) http://www.newscenter.philips.com/main/standard/news/press/2015/20150521-where-are-the-discounts-carrefours-led-supermarket-lighting-from-philips-will-guide-you.wpd#.VgAF-t-qpBc  Em falta ou vazio |título= (ajuda)
  23. ↑ Chen, Guojing (June 28, 2015). «Commercial banks eye mobile payment innovations». China Economic Net. Cópia arquivada em October 3, 2018  Verifique data em: |arquivodata=, |data= (ajuda)
  24. ↑ «Two more indoor positioning projects sprout in European supermarkets». www.ledsmagazine.com. 8 de março de 2017 
  25. ↑ «Favendo collaborates with Philips Lighting» (PDF) 
  26. ↑ «Visible Light Communication». www.ntu.edu.sg. Consultado em 24 de dezembro de 2015 
  27. ↑ Bodrenko, A.I. (2017). «New Wireless Technology Not Covered by the Existing IEEE Standards of 2017». 2018. doi:10.23670/IRJ.2018.70.022  |journal= e |publicação= redundantes (ajuda)
  28. ↑ a b Rodríguez, Juan; Lamar, Diego G.; Aller, Daniel G.; Miaja, Pablo F.; Sebastián, Javier (abril de 2018). «Efficient Visible Light Communication Transmitters Based on Switching-Mode dc-dc Converters». Sensors (em inglês). 18. 1127 páginas. PMC PMC5948605Acessível livremente Verifique |pmc= (ajuda). PMID 29642455. doi:10.3390/s18041127 
  29. ↑ Sebastian, Javier; Lamar, Diego G.; Aller, Daniel G.; Rodriguez, Juan; Miaja, Pablo F. (setembro de 2018). «On the Role of Power Electronics in Visible Light Communication». IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. 6: 1210–1223. ISSN 2168-6777. doi:10.1109/JESTPE.2018.2830878 
  30. ↑ Rodreguez, Juan; Lamar, Diego G.; Aller, Daniel G.; Miaja, Pablo F.; Sebastian, Javier (junho de 2018). «Power-Efficient VLC Transmitter Able to Reproduce Multi-Carrier Modulation Schemes by Using the Output Voltage Ripple of the HB-LED Driver». Padua: IEEE. 2018 IEEE 19th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL): 1–8. ISBN 978-1-5386-5541-2. doi:10.1109/COMPEL.2018.8460175 
  31. ↑ Aziz, Amena Ejaz; Wong, Kainam Thomas; Chen, Jung-Chieh (2017). «Color-Shift Keying—How itItsargest Obtainable "Minimum Distance" Depends on its Preset Operating Chromaticity and Constellation Size». Journal of Lightwave Technology. 35: 2724–2733. Bibcode:2017JLwT...35.2724A. doi:10.1109/JLT.2017.2693363 

Leitura adicional[editar | editar código-fonte]

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