Chagua Lugha

Utabiri wa Kituo cha Mawasiliano katika Mawasiliano ya Kamera ya Mwanga Kulingana na Skrini-hadi-Kamera

Uchambuzi wa majaribio wa mfumo wa VLC wa simu mahiri-hadi-simu mahiri, ukizingatia utabiri wa mpangilio wa Lambertian na utendaji wa kituo cha mawasiliano kwenye kiungo cha sentimita 20.
rgbcw.org | PDF Size: 0.6 MB
Ukadiriaji: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
Ukadiriaji Wako
Umekadiria waraka huu tayari
Kifuniko cha Waraka PDF - Utabiri wa Kituo cha Mawasiliano katika Mawasiliano ya Kamera ya Mwanga Kulingana na Skrini-hadi-Kamera
Tazama Waraka PDF Pakua PDF Tafsiri PDF
Nyumbani » Nyaraka » Utabiri wa Kituo cha Mawasiliano katika Mawasiliano ya Kamera ya Mwanga Kulingana na Skrini-hadi-Kamera

1. Utangulizi

Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana (VLC) hutumia diodi zinazotoa mwanga (LED) kwa usambazaji wa data bila waya. Karatasi hii inazingatia sehemu maalum: Mawasiliano ya Kamera ya Mwanga (OCC) kwa kutumia skrini za simu mahiri kama vifaa vya kutuma na kamera kama vifaa vya kupokea, inayojulikana kama Mawasiliano ya Mwanga ya Simu Mahiri-hadi-Simu Mahiri (S2SVLC). Utafiti huu unaonyesha kwa majaribio mfumo wa S2SVLC kwenye kiungo cha sentimita 20, kwa lengo kuu la kutabiri kituo cha mawasiliano na kuchambua sifa za utoaji wa mwanga wa Lambertian wa skrini ya simu mahiri.

Motisha hii inatokana na uwepo wa kawaida wa simu mahiri na hitaji la mawasiliano salama, yanayotegemea ukaribu kati ya vifaa, ikitoa mbadala kwa teknolojia zinazotumia mawimbi ya redio (RF) kama vile NFC au Bluetooth kwa matumizi maalum.

2. Ubunifu wa Mfumo

Mchoro wa mfumo wa S2SVLC unahusisha ubunifu wa moja kwa moja lakini wenye ufanisi:

  • Kitumaji (Tx): Data (maandishi/media) hubadilishwa kuwa mkondo wa binary. Mkondo huu unasimbwa katika picha ambapo bits hubadilisha ukali wa pikseli—kwa kawaida pikseli nyeupe kwa '1' na pikseli nyeusi kwa '0'. Picha hii inaonyeshwa kwenye skrini ya simu mahiri.
  • Kipokeaji (Rx): Kamera ya nyuma ya simu mahiri hunasa picha ya skrini. Algorithm ya usindikaji wa picha husimbua ukali wa pikseli kurudi kwenye mkondo wa data wa binary.

Ubunifu huu unatumia vifaa vilivyopo, na kuepuka hitaji la vipengele maalum, ambayo ni faida muhimu kwa utekelezaji wa vitendo.

3. Utabiri wa Kituo cha Mawasiliano & Mpangilio wa Lambertian

Sehemu muhimu ya utafiti ni kuunda mfano wa kituo cha mwanga. Skrini ya simu mahiri sio chanzo kamili cha Lambertian (kinachotoa mwanga sawasawa katika pande zote). Utoaji wake unafuata muundo wa jumla wa Lambertian na mpangilio n. Faida ya DC ya kituo, H(0), ambayo huamua nguvu ya mwanga iliyopokelewa, imeundwa kama:

$H(0) = \frac{(n+1)A}{2\pi d^2} \cos^n(\phi) \cos(\psi)$

ambapo A ni eneo la kigunduzi, d ni umbali, \phi ni pembe ya mnururisho, na \psi ni pembe ya matukio. Jaribio la karatasi hili linalenga kubainisha thamani ya kimajaribio ya n kwa skrini maalum ya simu mahiri chini ya hali ya majaribio, ambayo ni msingi kwa hesabu sahihi ya bajeti ya kiungo na utabiri wa utendaji wa mfumo.

4. Usanidi wa Majaribio & Matokeo

Jaribio hili linaanzisha kiungo cha nukta-hadi-nukta kwa zaidi ya sentimita 20. Simu mahiri inayotuma inaonyesha muundo unaojulikana wa majaribio. Kamera inayopokea, iliyowekwa kwa usawa maalum, hunasa picha. Kwa kuchambua ukali wa pikseli uliopokelewa kwa pembe au umbali tofauti, mpangilio wa Lambertian n unapatikana.

Matokeo Muhimu & Maelezo ya Chati: Ingawa matokeo maalum ya nambari hayajaelezwa kwa kina katika dondoo lililotolewa, njia hiyo inamaanisha kuwa matokeo kwa kawaida yangewasilishwa kwa njia mbili:

  1. Chati ya Mpangilio wa Lambertian: Grafu inayopanga nguvu ya mwanga iliyopokelewa (au ukali wa kawaida wa pikseli) dhidi ya pembe ya utoaji (\phi). Pointi za data zinafananishwa na mkunjo wa $\cos^n(\phi)$. Thamani bora ya n (k.m., n=1.8, 2.5) hupima mwelekeo wa skrini—n ndogo inaonyesha boriti pana.
  2. Kiwango cha Makosa ya Bit (BER) dhidi ya Umbali/Uwiano wa Ishara-kwa-kelele (SNR): Kipimo muhimu cha utendaji. Chati ingeonyesha BER ikiongezeka kadiri umbali unavyoongezeka au SNR inavyopungua. Hatua ambapo BER inavuka kizingiti (k.m., $10^{-3}$) huamua kikomo cha vitendo cha kiungo chini ya mpango wa modulishan uliojaribiwa (k.m., Ufunguo wa Washa-Zima kupitia pikseli nyeupe/nyeusi).

Urefu wa kiungo cha sentimita 20 unaonyesha utafiti ulilenga hali ya karibu, ya SNR ya juu, uwezekano ukifikia BER ya chini sana, na kuthibitisha uwezekano wa msingi.

5. Ufahamu Muhimu & Uchambuzi

Uchambuzi wa Mtaalamu wa Sekta: Mchezo wa Vitendo Lakini Maalum

Ufahamu Mkuu: Kazi hii siyo kuhusu kuvunja msingi mpya wa kinadharia bali ni zaidi kuhusu kuthibitisha kwa vitendo na kuunda mfano wa kituo cha VLC kilicho na vikwazo vya vifaa. Ufahamu wa kweli ni upimaji wa skrini ya simu mahiri kama chanzo cha mwanga kisicho bora, chenye nguvu ndogo, na kilicho na vikwazo vya anga—hatua muhimu kutoka kwa miundo ya kitabu cha Lambertian hadi utekelezaji wa ulimwengu halisi.

Mtiririko wa Mantiki: Karatasi hii inafuata kwa usahihi mchakato wa uhandisi: kubainisha matumizi yanayotarajiwa (S2SVLC), kubuni mfumo wa chini unaoweza kufanya kazi (skrini/kamera), kubainisha kisichojulikana muhimu (mpangilio wa Lambertian wa skrini n), na kuitabiri kwa majaribio. Mtiririko huu ni thabiti lakini wa kawaida.

Nguvu & Kasoro:
Nguvu: Inatumia vifaa vilivyoenea kila mahali (gharama ya ziada sifuri), inatoa usalama wa asili wa anga (mwelekeo wa mwanga), na inashughulikia pengo la kweli—kuunda mfano wa vitendo wa kituo cha skrini za watumiaji. Inalingana na mienendo katika utafiti wa mawasiliano unaoweza kufikiwa, sawa na jinsi miradi kama OpenVLC ya MIT imeweza kuleta usawa katika majaribio ya VLC.
Kasoro: Tatizo kubwa ni kiwango cha data. Modulishan ya binary kupitia pikseli za skrini ina upana wa bandi chini sana ikilinganishwa na hata Bluetooth ya zamani. Masafa ya sentimita 20 pia ni mabana sana. Utafiti huu, kama ulivyowasilishwa, unapita kando ya ushindani mkali kutoka kwa viwango vya RF vilivyothibitishwa, vya kiwango cha data cha juu, na vya masafa marefu. Inahisi kama suluhisho linalotafuta programu ya kipekee zaidi ya uhamishaji rahisi wa data kama msimbo wa QR.

Ufahamu Unaoweza Kutekelezwa: Kwa watafiti: Njia hii ni kiolezo thabiti cha kutabiri vyanzo vingine vya mwanga vya kiwango cha watumiaji (TV za LED, taa za nyuma za gari). Kwa watengenezaji wa bidhaa: Msione hii kama badala ya jumla ya mawasiliano. Niche yake iko katika mwingiliano unaotambua muktadha, unaotegemea ukaribuutafiti kuhusu itifaki salama za kuunganisha), au kuzuia udanganyifu kupitia saini zinazotegemea mwanga. Lengo linapaswa kubadilika kutoka "mawasiliano" hadi "mkono wa salama wa muktadha."

6. Maelezo ya Kiufundi & Mfano wa Hisabati

Mchango mkuu wa kiufundi ni kurekebisha mfano wa kawaida wa kituo cha VLC kwa chanzo cha skrini. Nguvu iliyopokelewa P_r inatolewa na:

$P_r = P_t \cdot H(0) = P_t \cdot \frac{(n+1)A}{2\pi d^2} \cos^n(\phi) T_s(\psi) g(\psi) \cos(\psi)$

Ambapo:

  • $P_t$: Nguvu ya mwanga iliyotumwa kutoka eneo la skrini.
  • $T_s(\psi)$: Faida ya kichujio cha mwanga (ikiwepo).
  • $g(\psi)$: Faida ya mkusanyiko wa mwanga (lenzi).
  • Kwa kamera, $A$ inahusiana na ukubwa wa pikseli na eneo la picha la skrini.

Uwiano wa Ishara-kwa-Kelele (SNR) kwenye kipokeaji, muhimu kwa BER, ni:

$SNR = \frac{(R P_r)^2}{\sigma_{total}^2}$

ambapo $R$ ni uwajibikaji wa kigunduzi cha mwanga (kwa kamera, hii inahusisha ufanisi wa quantum wa pikseli na faida ya ubadilishaji), na $\sigma_{total}^2$ ni tofauti ya jumla ya kelele, ikijumuisha kelele ya risasi na kelele ya joto kutoka kwa mzunguko wa usomaji wa sensor ya kamera.

7. Mfumo wa Uchambuzi: Mfano wa Utafiti

Muktadha: Uthibitishaji wa Malipo Kulingana na Ukaribu
Fikiria duka la kahawa ambapo malipo yanaruhusiwa kwa kushika skrini ya simu yako (ikiwaonyesha muundo wa nguvu, uliosimbwa) karibu na kamera ya kibao cha mfanyabiashara.

Utumiaji wa Mfumo:

  1. Kuunda Mfano wa Kituo: Tumia n ya Lambertian iliyopatikana na mfano wa kituo ili kuhescha uangavu wa chini unaohitajika wa pikseli na uwiano wa tofauti kwenye skrini ya mteja ili kuhakikisha kamera ya mfanyabiashara inapokea ishara inayoweza kusimbua kwa umbali wa kawaida wa sentimita 10-30, hata chini ya taa ya mazingira ya duka.
  2. Uchambuzi wa Usalama: Ufungaji wa anga wa mwanga (ulioundwa na $\cos^n(\phi)$) ni mali. Kamera ya msikizi iliyowekwa mita 1 mbali na digrii 45 kando ya mhimili ingepokea ishara iliyopunguzwa kwa sababu ya $\cos^n(45^\circ)/ (d_{eve}/d_{legit})^2$. Kwa n=2 na umbali wa 0.2m (halali) dhidi ya 1m (msikizi), ishara ya msikizi ni ~1/50 ya nguvu, ikitoa usalama wa asili wa safu ya kimwili.
  3. Badilisho la Utendaji: Ili kupambana na kelele kutoka kwa mwanga wa mazingira, mfumo unaweza kutumia nyakati za mfiduo ndefu zaidi kwenye kamera inayopokea, na kupunguza kiwango cha data kinachofaa lakini kuongeza uaminifu. Badilisho hili linaweza kupimwa kwa kutumia miundo ya SNR na BER hapo juu.
Mfano huu wa utafiti unahamisha teknolojia kutoka kwa jaribio la maabara hadi tatizo lililobainishwa lenye vikwazo vinavyoweza kupimika.

8. Matumizi ya Baadaye & Mwelekeo

Mustakabali wa S2SVLC hauko katika kufanya vizuri kuliko WiFi, bali katika kuwezesha matumizi mapya:

  • Kuunganisha Salama Sana Kulingana na Ukaribu: Kwa kuongeza vifaa vya IoT au shughuli za kifedha, ambapo kiungo kifupi, cha mwelekeo ni kipengele cha usalama.
  • Uwekaji wa Nafasi ndani ya Nyumba & Urambazaji: Kamera za simu mahiri zinasoma mwanga uliosimbwa kutoka kwa LED za dari au ishara kwa uwekaji sahihi wa sentimita, uwanja unaochunguzwa sana na vikundi kama Kituo cha Utafiti na Maendeleo cha LiFi katika Chuo Kikuu cha Edinburgh.
  • Kuchochea Maudhui ya Uhalisia wa Kuongezeka (AR): Skrini katika makumbusho au maonyesho ya rejareja zinazotoa muundo wa data usioonekana (kupitia modulishan ndogo ya rangi) ambazo miwani ya AR au kamera za simu husimbua ili kuweka maudhui ya dijitali juu.
  • Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:
    • Zaidi ya OOK: Kutekeleza modulishan ya mpangilio wa juu zaidi (k.m., Ufunguo wa Kuhama Rangi) kwa kutumia pikseli ndogo za RGB za skrini ili kuongeza viwango vya data, kama ilivyoonyeshwa katika mapitio ya fasihi.
    • Mbinu za MIMO: Kutumia maeneo mengi ya skrini na pikseli za kamera kama vituo sambamba, sawa na dhana ya "MIMO ya kuona" iliyotajwa.
    • Itifaki Thabiti: Kukuza viwango vya viwango vya kuwashwa/kuzima skrini, miundo ya usimbaji, na ulinganifu ambao hauzingatiki na binadamu na ni thabiti kwa athari za kufunga mlango wa kamera.

9. Marejeo

  1. Yokar, V. N., Le-Minh, H., Ghassemlooy, Z., & Woo, W. L. (Mwaka). Utabiri wa kituo cha mawasiliano katika mawasiliano ya kamera ya mwanga kulingana na skrini-hadi-kamera. Jina la Mkutano/Jarida.
  2. Kahn, J. M., & Barry, J. R. (1997). Mawasiliano ya infrared bila waya. Proceedings of the IEEE, 85(2), 265-298.
  3. Haas, H., Yin, L., Wang, Y., & Chen, C. (2016). LiFi ni nini?. Journal of Lightwave Technology, 34(6), 1533-1544.
  4. MIT Media Lab. (n.d.). Mawasiliano ya Mwanga. Imepatikana kutoka https://www.media.mit.edu/projects/optical-communications/overview/
  5. University of Edinburgh. (n.d.). Kituo cha Utafiti na Maendeleo cha LiFi. Imepatikana kutoka https://www.lifi.eng.ed.ac.uk/
  6. Song, L., & Mittal, P. (2021). Amri za Sauti Zisizosikika: Shambulio la Masafa Marefu na Ulinzi. Katika Mkutano wa 30 wa Usalama wa USENIX (USENIX Security 21).
  7. Utafiti uliotajwa katika PDF kuhusu S2SVLC kulingana na msimbo wa mstari/rangi [5-9].