CC BY
25УДК 004.725.5
Прокофьев С.А.
студент магистратуры 2 года обучения, Национальный исследовательский университет ИТМО (г. Санкт-Петербург, Россия)
МЕТОДЫ МОДУЛЯЦИИ ТЕХНОЛОГИИ LI-FI
Аннотация: работа посвящена исследованию методов модуляции технологии Li-Fi (Light Fidelity), которая является перспективной альтернативой беспроводным сетям Wi-Fi. В рамках работы были изучены различные методы модуляции светового потока для обеспечения передачи данных c помощью световой волны. Результаты исследования могут быть использованы в разработке новых устройств и технологий на основе Li-Fi, а также в оптимизации существующих решений для повышения эффективности и стабильности передачи данных.
Ключевые слова: модуляция, кодирование данных.
Технология Li-Fi (Light Fidelity) использует связь видимого света (VLC) для беспроводной передачи данных на высоких скоростях с помощью световых волн вместо радиоволн. Данные передаются путем модуляции интенсивности источника света.
Методы модуляции, используемые в технологии Li-Fi:
1. On-Off Keying (OOK): OOK - самая простая и наиболее часто используемая техника модуляции в Li-Fi. При модуляции OOK цифровые данные представлены наличием или отсутствием сигнала. Это означает, что при включении светодиода передается двоичная "1", а при выключении - двоичный "0". Приемник обнаруживает изменения в интенсивности светового сигнала и декодирует биты соответствующим образом. Модуляция OOK имеет несколько преимуществ в контексте технологии Li-Fi. Во-первых, это простой и эффективный метод кодирования данных, поскольку для передачи сигнала
требуется всего один светодиод. Во-вторых, он обеспечивает высокий уровень безопасности, поскольку сигнал может быть легко заблокирован или перехвачен физическими препятствиями, такими как стены или мебель. Наконец, модуляция OOK обеспечивает высокую скорость передачи данных - до нескольких гигабит в секунду, что делает ее подходящей для приложений, требующих быстрой и надежной передачи данных. Однако модуляция OOK также имеет некоторые ограничения. Один из основных недостатков заключается в том, что она подвержена помехам от окружающих источников света, что может привести к ошибкам при передаче данных.
2. Амплитудно-сдвиговая модуляция (ASK): ASK модулирует амплитуду источника света для представления двоичных данных. В этом методе амплитуда источника света изменяется в соответствии с передаваемыми двоичными данными. Импульс высокой амплитуды представляет двоичную единицу, а импульс низкой амплитуды - двоичный ноль. ASK обеспечивает лучшую спектральную эффективность, чем OOK, но более восприимчив к помехам.
3. Частотно-сдвиговая модуляция (FSK): FSK модулирует частоту источника света для представления двоичных данных. В этом методе источник света переключается между двумя частотами для представления двоичных единиц и нулей. Высокочастотный импульс представляет двоичную единицу, а низкочастотный импульс - двоичный ноль. FSK обеспечивает более высокую устойчивость к помехам, чем ASK, но требует большей пропускной способности.
4. Дифференциальная позиционная импульсная модуляция (DPPM): DPPM - это метод позиционной импульсной модуляции, который использует временную задержку между импульсами для передачи двоичной информации. В этом методе положение импульса смещается относительно его предыдущего положения для обозначения двоичной единицы, в то время как неизменное
положение обозначает двоичный ноль. DPPM обеспечивает отличную помехоустойчивость, но требует точной синхронизации по времени.
5. Широтно-импульсная модуляция (PWM): PWM изменяет ширину светового импульса для представления двоичных данных. В этом методе узкий импульс представляет двоичный ноль, а более широкий импульс - двоичную единицу [1]. PWM обеспечивает высокую спектральную эффективность и менее восприимчив к помехам, но требует точной синхронизации по времени.
6. Модуляция с помощью манипуляции цветом (Color Shift Keying, CSK) это метод модуляции, при котором каждый символ кодируется путем изменения последовательности световых импульсов [2]. В Li-Fi каждый светодиод может быть программно настроен на генерацию определенной последовательности световых импульсов, которая соответствует определенному символу. При передаче данных, эти световые импульсы меняются в соответствии с передаваемой последовательностью символов. Одним из преимуществ использования CSK в Li-Fi является его способность работать в условиях шума и помех.
Эти методы модуляции можно комбинировать или использовать по отдельности, в зависимости от конкретных требований приложения. Например, OOK и ASK могут быть объединены, чтобы обеспечить лучшую спектральную эффективность и более высокую помехоустойчивость, чем любой из методов по отдельности. В целом, технология Li-Fi обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами Wi-Fi, включая более высокую скорость передачи данных, повышенную безопасность и снижение уровня помех.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Y. Zeng, R. Green, and M. Leeson - Multiple pulse amplitude and position modulation for the optical wireless channel (дата обращения: 10.05.2023).
2. IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 15.7: Short -Range Wireless Optical Communication Using Visible Light, IEEE Std. 802.15.7-2011, 2011. doi: 10.1109/IEEESTD.2011.6016195. (дата обращения: 10.05.2023.
Prokofiev S.A.
ITMO National Research University (Saint Petersburg, Russia)
METHODS OF MODULATION OF LI-FI TECHNOLOGY
Abstract: the paper is devoted to the study of modulation methods of Li-Fi technology (Light Fidelity), which is a promising alternative to wireless Wi-Fi networks. As part of the work, various methods of light flux modulation were studied to ensure data transmission using a light wave. The results of the research can be used in the development of new devices and technologies based on Li-Fi, as well as in the optimization of existing solutions to improve the efficiency and stability of data transmission.
Keywords: modulation, Li-Fi, OOK, ASK, FSK, PM, CSK, data encoding.
