INTERNACIONALNI UNIVERZITET TRAVNIK U TRAVNIKU
FAKULTET POLITEHNIČKIH NAUKA
TRAVNIK
LIFI
DIPLOMSKI RAD
Mentor : Student :
Goran Popović Suad Rodić
Travnik 2018
Sadržaj :
Uvod..............................................................................................................................................................2
2. LIFI...........................................................................................................................................................4
3. Tehnologije prijenosa informacija............................................................................................................5
3.1. LED tehnologija.................................................................................................................................................5
3.1.1. Prijenos podataka bijelim LED diodama....................................................................................................6
3.1.2. Prijenos podataka RGB LED diodama........................................................................................................ 7
3.2. Infracrvena tehnologija...................................................................................................................................... 8
3.3. Fluorescentne lampe.........................................................................................................................................10
4. Metode komunikacije vidljivim svjetlom.............................................................................................. 10
4.1. Uređaji za komunikaciju vidljivim svjetlom....................................................................................................11
4.2. Komunikacija sa senzorom slike......................................................................................................................16
5. Struktura sustava i elementi................................................................................................................... 19
5.1. Pregled sustava VLC.........................................................................................................................................19
5.2. Analogni dio......................................................................................................................................................21
5.2.1. Prijenosni podsustav................................................................................................................................. 21
5.2.2. Upravljački podsustav...............................................................................................................................28
5.2.3. Integracija u izložbeni prostor...................................................................................................................32
5.2.4. Prijemni podsustav....................................................................................................................................35
5.3. Digitalni dio...................................................................................................................................................... 42
5.3.1. Modulacija i shema kodiranja................................................................................................................... 31
5.3.2. Procjena kanala i sinkronizacija................................................................................................................33
5.3.3. Sinkronizacija............................................................................................................................................34
5.4. Sučelja..............................................................................................................................................................37
5.4.1. Digitalno-analogna i analogno-digitalna sučelja.......................................................................................37
5.4.2. Elektro-optička i opto-električna sučelja..................................................................................................38
5.4.3. MAC-PHY Tx sučelja...............................................................................................................................39
5.4.4. MAC-PHY Rx sučelja.............................................................................................................................. 39
6. Područja primjene...................................................................................................................................40
6.1. Aplikacije za osobnu upotrebu prijenosa podataka..........................................................................................40
6.2. Aplikacije za prepoznavanje lokacije korisnika...............................................................................................41
6.3. Aplikacije za osvjetljenje i vizualnu signalizaciju........................................................................................... 42
7. Usporedba s ostalim tehnologijama....................................................................................................... 43
7.1. Usporedba sa ostalim bežičnim tehnologijama................................................................................................43
7.2. Usporedba sa infracrvenom tehnologijom.......................................................................................................44
7.3. Usporedba sa mikrovalnom tehnologijom....................................................................................................... 45
7.4. Usporedba sa RONJA tehnologijom................................................................................................................46
8. Izazovi i mogućnosti.............................................................................................................................. 59
4
Uvod
U budućnosti unutrašnji bežični sistemi težiti će prema gigabitnome prijenosu podataka.
Bežični prijenos podataka pomoću svjetla predstavlja alternativnu tehnologiju za
širokopojasni prijenos podataka. Komunikacija u vidljivom svjetlu (
eng. Visible Light
Communication;
VLC) temelji se na tome da se komunikacija ostvaruje između dva ili više
uređaja (vidi sliku 1.). Način djelovanja temelji se na tome da predajnik informacije pretvara
digitalni signal u svjetlosni signal koji putuje zrakom. Nakon toga dolazi do prijemnika koji
taj svjetlosni signal ponovo pretvara u digitalni signal koji je prepoznatljiv prijemnom
uređaju.
Slika 1. Prikaz VLC prijenosa informacija
1
Za početak objašnjeni su osnovni pojmovi o samoj svjetlosti i tehnologiji. Svjetlost u biti
predstavlja elektromagnetski val. Svaki takav val ima svoju valnu duljinu i frekvenciju.
Ljudsko oko vidi samo valne duljine od 375 nm do 780 nm gdje najmanja valna
duljina predstavlja plavu boju, a najveća crvenu boju. Iznad vidljivog spektra (vidi sliku
2.) nalazi se infracrveno područje a ispod ultraljubičasto područje.
1
(Iz
vor: ht
t p:
/ /pho
t onicsso
c ie
t y . o r g /ne
w
slette
r s/
o c t12
/ RH_
D
i g i t a l S
i g n a l.h
t m
l )
5
Slika 2. Prikaz vidljivog
spektra
2
VLC tehnologija može koristiti 2 vrste svijetlosti za prijenos podataka. Pomoću
fluorescentnih cijevi moguće je ostvariti brzinu prijenosa 10 kbit/s, dok se sa LED
tehnologijom mogu ostvariti i brzine do 500 Mbit/s, ovisno o udaljenosti predajnika i
prijemnika. Za predaju izvora svijetlosti koriste se LED diode, dok se za primanje
svjetlosnog signala koriste fotodiode. U nekim slučajevima može se koristi i kamera sa
mobilnog telefona ili fotoaparata. U nekim slučajevima takve kamere su bolja opcija od
samo jedne fotodiode zbog toga što takav senzor omogućuje komunikaciju preko više
kanala, gdje jedan piksel predstavlja jedan kanal. O njima više u nastavku rada.
2
(Iz
vor: ht
t p:
/ /en.
w
ik
i p e dia.o
r g /wik
i /Vis
i ble_li
g ht_commun
i ca
t i o
n)
7
Osim toga, iste godine došlo je do završavanja procesa standardizacije ove tehnologije
unutar IEEE grupe osobnih bežičnih mreža (engl. Wireless Personal Area Networks), tj. grupe
standarda 802.15.
3. Tehnologije prijenosa informacija
Kroz godine razvijanja komunikacije u vidljivom području razvijali su se i alternativni
načini prijenosa informacija. U ovom poglavlju opisana su tri načina prijenosa informacija, tj.
tri vrste izvora svjetlosti za prijenos informacija.
3.1. LED tehnologija
Način rada LED tehnologije temelji se na slanju digitalnih informacija koje ljudsko
oko ne može zapaziti. LED diode pale se i gase i do 1000 puta u sekundi te se tako prenosi
informacija u obliku svjetlosnog signala. Različiti interval paljenja i gašenja dioda
predstavljaju različite vrste informacija.
Fotodioda koja se nalazi na prijemnoj strani dekodira taj niz svjetlosnih impulsa i
pretvara ih u električne signale. Postoje nekoliko vrsta modulacija signala kojima se pretvara
svjetlosni signal u električni i obrnuto. Najčešće korištene su
Orthogonal frequency-division
multiplexing
(
OFDM
) i
Manchester
metode kodiranja signala. O njima više riječi kasnije.
Postoje više vrsta LED prijenosa podataka. Jedna od njih je prijenos podataka sa
bijelim LED svijetlom koja se najviše koristi za uredsku komunikaciju. Najčešći princip rada
je da se za
Downlink
(skidanje podataka sa mreže) koristi LED tehnologija, a za
Uplink
(dodavanje podataka na mrežu) infracrvena tehnologija.
