Draadloos breedband internet via licht

Draadloos breedband internet via licht. David Grillet

Jan Verbist

6 januari 2011

1

Inleiding

figuur 1 zijn een aantal mogelijke configuraties weergegeven voor de positionering van zender en ontvanger in een OW-systeem. In (a) wordt een een configuratie met diffuse paden weergegeven, (b) is net als (c) een geval van LOS. De smallere bundel in (c) zorgt voor een beter signaal, maar heeft natuurlijk als nadeel dat de dekking kleiner is. Dit kan men oplossen door meerdere smalle bundels te gebruiken, zoals in (d). De laatste methode (e) maakt gebruik van zogenaamde spot-diffusing [2]. Hierbij stuurt de zender een gecollimeerde of lichtjes divergente lichtbundel naar een specifieke plaats op het plafond (geen reflector nodig) waarna deze bundel reflecteert en diffundeert over de te bereiken zone. Dit biedt verschillende voordelen, zo kan men bijvoorbeeld een aantal lichtbundels uitsturen naar verschillende plaatsen op het plafond (zogenaamde diffusing spots) om een meervoudige dekking te bekomen. Merk op dat hiermee meteen verschillende paden gecre¨eerd zijn tussen zender en onvanger (dit noemt men een multipadsituatie) waardoor er problemen kunnen optreden met ISI2 . Het voordeel is dat het onstane multipad slechts uit enkele paden bestaat, die gecontroleerd zijn, en niet uit een groot aantal ongecontroleerde paden, zoals wel eens kan optreden bij gebruik van diffuse paden (situatie (a)).

Internettoegang met grote bandbreedte is vandaag een vereiste voor heel wat toepassingen. De aangeboden bandbreedtes bij ISP’s zijn in de loop van de tijd sterk ge¨evolueerd: van 56kbps bij de inbelverbinding naar snelheden van 50Mbps (via coax), of zelfs snelheden van meer dan 100Mbps via FTTC of FTTH1 . Omdat het aanleggen van een bekabeld netwerk duur is en vaak niet zo praktisch, wordt er bij de eindgebruiker meer en meer gebruik gemaakt van draadloze netwerken. Vandaag gebeurt dit praktisch altijd d.m.v. communicatie via radiogolven (RF) volgens de IEEE 802.11 standaarden (de gebruikte apparatuur is meestal gecertificeerd door de Wi-Fi Alliance, vandaar dat vaak gesproken wordt over Wi-Fi netwerken). Deze technologie maakt echter gebruik van sterk gereguleerde en in bandbreedte beperkte radiofrequenties, waardoor de snelheid van deze verbindingen beperkt blijft (tot 150 Mbit/s voor de 802.11n standaard). Een mogelijke oplossing voor dit probleem is het gebruik van draadloze communicatie via optische frequenties (licht en infrarood). Deze laten immers veel hogere bandbreedtes toe en het gebruik ervan is niet gereguleerd. Deze technologie noemt men Optical Wireless (OW). In geval van zichtbaar licht spreekt met over VLC (Visible Light Communication), infraroodcommunicatie wordt afgekort als IRC.

2

(a)

Systeemconfiguratie

(b)

(c)

Het grote verschil tussen RF- en OW-configuraties is dat OW een ononderbroken pad vereist tussen (e) (d) zender en ontvanger. Dit pad kan een directe connectie zijn, dan spreekt men van Line Of Sight (LOS) of kan ontstaan door reflecties via de om- Figuur 1: Mogelijke configuraties voor een OWgeving, dan heeft men het over diffuse paden. In systeem.[1] 1 Fiber 2 Inter

To The Curb/Home Symbool Interferentie

1

Zoals vermeld, wordt dus gebruik gemaakt van infrarood of van zichtbaar licht. Infraroodbronnen zijn meestal lasers en kunnen dus potentieel gevaarlijk zijn (oogschade). Het vermogen van infraroodbronnen die geschikt zijn voor de in deze tekst beschouwde indoor-configuraties, wordt beperkt door de Class 1 -veiligheidsvoorschriften. Het maximale vermogen voor een puntbron is weergegeven op de grafiek in figuur 2. Op deze figuur is duidelijk te zien dat weinig divergente bronnen zeer sterk in vermogen beperkt zijn. De curve voor 1500 nm ligt iets hoger en blijkt onafhankelijk te zijn van de openingsgrootte van de zender. Dit komt doordat bij deze frequenties de te vermijden beschadiging optreedt aan de cornea (en niet aan het netvlies). Er bestaan ook sterk diffuse infraroodbronnen (zoals bv. in de afstandbediening van een televisie), maar deze systemen zijn heel beperkt in doorvoersnelheid. Een IRCsysteem geschikt voor draadloze netwerken zal gebruik moeten maken van meerdere bundels via spot-diffusing of van meerdere bronnen om een cellulaire dekking te bekomen.

sowieso aanwezig, levert voldoende vermogen en bereikt meestal alle plaatsen waar zich gebruikers bevinden. Er wordt dan ook heel wat onderzoek verricht op gebied van datacommunicatie m.b.v. witte leds (zie later).

3 3.1 3.1.1

3.1.2

Allowed class 1 source power(mW)

120 100 1500 nm

60 Diam.= 2mm, 850nm

Lichtbronnen: LED vs LASER

Diam.= 1mm, 850nm

20

LED-zenders zijn klein en goedkoop. Leds zijn stabiel in tegenstelling tot lasers, waar de output kan vari¨eren door temperatuurverschillen en levenscyclus. Hierdoor is niet enkel het optische maar ook de elektronica eenvoudiger. Aangezien leds incoherent licht uitstralen, treedt interferentie met zichzelf hierbij niet op. De kost per milliwatt ligt voor een ledsysteem veel lager dan voor een lasersysteem. Bij hogere vermogens worden leds echter groter dan de overeenkomstige lasers. Deze grootte heeft een negatieve invloed op de maximale frequentie waarop de led gemoduleerd kan worden. Aan de andere kant zorgt deze grotere oppervlakte van de led ook voor een grotere lichtbundel. Dit is interessant voor het bedienen van bewegende ontvangers.

Diam.= 0.5mm, 850nm Point source, 850nm

0

Opbouw

Lasers bieden de mogelijkheid om met een kleine oppervlakte toch een groot vermogen aan coherent licht uit te zenden. Dit laat een snelle modulatie toe en dus een grote bandbreedte om data over te verzenden. Het gebruik van coherent licht impliceert echter ook interferentie van het licht met zichzelf. Dit resulteert in fluctuaties bij de ontvanger. De smalle lichtbundel maakt lasers geschikt voor een line of sight opstelling, zoals besproken in paragraaf twee.

140

40

Zender

Een zender bestaat uit twee zaken: ´e´en of meerdere gemoduleerde lichtbronnen en een optisch element om een geschikte bundel te vormen. Het belangrijkste element is natuurlijk de lichtbron. Hiervoor worden zowel leds als lasers gebruikt. Hun vermogen is zoals reeds vermeld, beperkt door veiligheidsvoorschriften.

160

80

Systeemcomponenten

0

5

10

15 20 25 30 35 Divergence half-angle (degrees)

40

45

Figuur 2: Toegelaten vermogen voor infrarood puntbronnen (volgens Class 1 voorschriften). [1] De tweede mogelijkheid is het gebruik van een VLC-systeem, dat dus gebruikt maakt van zichtbaar licht. Ook deze bronnen moeten voldoen aan de Class 1 -voorschriften. Voor LED-bronnen, die sterk diffuus zijn en meestal ook een grote oppervlakte hebben, vormt dit echter zelden een probleem. Nu ledverlichting een betaalbare optie aan het worden is, gaat er meer en meer aandacht naar draadloze communicatie d.m.v. zichtbaar licht. De leds gebruikt in ledverlichting kunnen namelijk gebruikt worden om gemoduleerd licht te versturen voor data-communicatie. Dit heeft als voordeel dat geen speciale zendapparatuur nodig is om het draadloze netwerk op te stellen: de verlichting is

Verder is het zoals reeds vermeld ook interessant om leds te combineren als verlichting en als zender. Hiervoor worden dan witte leds gebruikt. Er zijn twee manieren om wit licht te bekomen via 2

Figuur 3: Vergelijkende tabel: LED- vs LASER-zenders. [3] leds. De eerste mogelijk bestaat uit het combineren van een rode, groene en blauwe led die met de juiste verhouding wit licht generen. Het voordeel van deze methode is de mogelijkheid om de kleurtoon gemakkelijk aan te passen. Dit weegt echter niet op tegen de complexiteit van de verpakking en de sturingselektronica die hierbij komt kijken. Een veelgebruikt alternatief is een blauwe led met fosfor coating. De combinatie van het blauwe licht van de led en de gele coating cree¨ert wit licht. Deze led heeft slechts ´e´en elektrische bron nodig en geeft steeds wit licht. Figuur 4 toont de modulatiebandbreedte van een witte verlichtingsled. De globale bandbreedte is ongeveer 3Mhz. De bandbreedte van blauwe component ligt echter een stuk Figuur 4: Gemeten modulatiebandbreedte van een hoger rond 12 Mhz. Hieruit blijkt dat de gele fos- blauwe LED met fosfor coating. [8] for de beperkende factor is voor de bandbreedte. Het wegfilteren van de gele component bij de ont3.1.3 Optische elementen vanger kan dus zorgen voor meer bandbreedte. Het doel van het optisch element is tweeledig: de lichtbundel vormen en deze bundel eyesafe maken. Er bestaan vele soorten optische elementen. Dit kan een eenvoudige lens zijn of een complexere filter om patronen te vormen. Een optisch element is hoofdzakelijk vereist bij lasers of zeer nauwe bronnen om hun lichtbundel te vergroten. In sommige gevallen zijn er zelfs geen nodig, zoals wanneer verlichtingsleds gebruikt worden als zender.

3

Een voorbeeld van een complexere filter is een holografische filter. Deze filter verspreidt het licht in de gewenste richtingen met het gewenste lichtpatroon. De filter bestaat uit een goedkope fotogevoelige laag uit plastiek met daarop het te verkrijgen patroon. Door deze fotogevoelige laag vanuit twee richtingen te belichten, wordt een driedimensionaal patroon bekomen. Deze belichting is mogelijk door de lichtbundel in twee te splitsen met een halfdoorlaatbare spiegel en dan te recombineren met beam directors. Wanneer een OW-zender een gemoduleerde lichtbundel door een holografische filter zendt, ontstaan er na de filter vele bundels in een driedimensionaal patroon. Dit patroon kan men bijvoorbeeld zo ontwerpen dat het zich concentreert op plaatsen waar veel gebruikers zich bevinden, bijvoorbeeld via spot diffusing.

Non-Return to Zero Inverse (NRZI) Een “0” is de overgang van licht naar geen licht of omgekeerd. Wanneer er twee pulsen na elkaar geen licht of licht zijn wordt dit door de ontvanger begrepen als een “1”. Return to Zero (RZ) Om een “1” door te sturen is er binnen de transmissie van ´e´en bit nog een transitie. Bij deze codering is het makkelijker om bij ontvangst de klok terug te vinden. Daar waar deze codering in een RF-systeem te veel bandbreedte vraagt, maakt de grote bandbreedte binnen OW deze codering toch een optie.

PPM en zijn varianten worden beschouwd als de beste modulatietechnieken voor een laag vermogen optisch systeem. Bij PPM wordt de Modulatietechnieken gebruikt bij OW zijn verinformatie van het signaal op de tijdsas van schillend van deze gebruikt bij RF. Bij OW wordt het digitaal signaal gecodeerd. De amplitude modulatie toegepast op de lichtintensiteit. Deze van het ingangssignaal wordt omgezet in een wordt proportioneel omgezet naar een gemodupositie tegenover de klok. PPM is erg geleerde stroom in de ontvanger. Modulatietechnieschikt voor situaties met een lage SNR raken worden aan volgende criteria getoetst om de tio. Dit is erg interessant aangezien dit vaak bruikbaarheid in te schatten binnen een optisch voorkomt omwille van omgevingslicht en versysteem: storingen. Hoewel PPM hoge vermogen effici¨entie heeft, is deze techniek echter erg geˆ Laag gemiddeld invallend vermogen op de voelig voor de intersymboolinterferentie en ontvanger om een aanvaardbare BER te bede dispersieve effecten, t.g.v. multipad, van komen. een optisch kanaal. ˆ De vereiste bandbreedte van de ontvanger. Subcarrier Modulatie Wanneer een bitstroom ˆ Robuustheid bij multipadsituaties. ´e´en enkele radiofrequentie moduleert, welke dan verder gebruikt wordt om optische draˆ Mogelijkheid om binnen een multiple acces gers te moduleren, spreken we van een singlenetwerk te functioneren. subcarrier modulatie. Deze techniek is beter De basis modulatietechnieken die gebruikt worden bestand tegen intersymbool interferentie. zijn On-Off Keying (OOK), Pulse Position ModuMultiplexen met deze techniek is ook molation (PPM) en Subcarrier Modulation (SCM). gelijk door verschillende radiofrequenties te Ten slotte wordt ook het complexere Orthogonal gebruiken waarop gemoduleerd wordt. Men Frequency Division Multiplexing (OFDM) of Disspreekt dan van Multiple Subcarrier Mocrete Multitone Modulation (DMT) besproken. dulation. Deze modulatie vorm is minder energie effici¨ent maar de mogelijkheid tot OOK is de eenvoudigste modulatie. Hoewel romultiplexen en de daarbijbehorende hoge buust zijn er snellere technieken. Binnen de transmissiesnelheden zonder ISI zijn grote OOK modulatie zijn er drie mogelijkheden pluspunten. Ook is er een grotere immuniom deze te realiseren: NRZ, NRZI of RZ coteit tegen de laagfrequente ruis veroorzaakt dering. door kunstmatig licht. Non Return to Zero (NRZ) Wanneer een “1” verstuurd wordt is er licht in de fiber, anders niet. Hoewel erg eenvou- OFDM/DMT Orthogonal Frequency Division dig is het toch een uitdaging voor de Multiplexing (OFDM) of Discrete Multiontvanger om de klok terug te vinden. tone Modulation (DMT) zijn technieken die 3.1.4

Modulatietechnieken

4

erg populair is bij draadloze communicatie. OFDM wordt gebruikt in WLAN (Wifi), WiMAX, Digital Video Broadcasting (DVB), ADSL en vele andere toepassingen. De techniek maakt gebruikt van meerdere smalbandige gemoduleerde draaggolven op precieze frequenties om data te versturen. De ontvanger moet exact op deze frequenties synchroniseren. Een bitstroom met een hoge seri¨ele transmissiesnelheid wordt opgesplitst in vele parallelle datastromen met lage transmissiesnelheid. De robuustheid van OFDM tegen multipad effecten samen met de mogelijkheid om het te combineren met multiple access schemes (zoals TDMA, FDMA en CDMA) en hogere orde modulatie maken het een uitstekende keuze, zeker voor VLC. OFDM vraagt echter wel een complexe sturing zowel voor de ontvanger als voor de zender.

3.2

lichting. Er wordt een filter ontworpen die enkel de bandbreedte van het uitgezonden gemoduleerd signaal doorlaat. Wanneer er met een VLC systeem gewerkt wordt, is dit het gehele zichtbare spectrum. Echter, een moeilijk uit te filteren stoorzender is moderne hoog frequente verlichting.

3. Detectoren De detector is samen met de voorversterker de bepalende factor in de performantie van de gehele ontvanger. Hier wordt de straling in elektrische stroom omgezet. Voor de detectoren wordt er ofwel een PIN- ofwel een APD-structuur gebruikt. Daar waar PIN gemakkelijk te implementeren zijn (en dus goedkoop) zijn APD detectoren gevoeliger. [6] Het is daarom dat bij systemen met meerdere detectoren overwegend de PINstructuur gebruikt wordt.

Ontvanger

Een optische ontvanger bestaat uit een combina- Na de detectoren volgt nog een elektrisch systeem tie van optische systemen en filters. Deze dienen dat het signaal verder versterkt en filtert. het licht zo goed mogelijk op te vangen en omgevingslicht te verwijderen waarna een fotodetector straling omzet naar stroom.

4

1. Optische systemen Optische systemen worden gekarakteriseerd volgens hun Field Of View (FOV), dit is de grootste hoek waaronder stralen kunnen invallen, en de oppervlakte. Naarmate de FOV groter is, zijn er ook meer invallende storingen. Het optisch systeem probeert de invallende stralen op ´e´en of meerdere detectoren te richten [5].

Simulatie van VLC via LED-verlichting in een kantoor

LED-verlichting is bezig aan een sterke opmars, lampen gebaseerd op de huidige generatie hoogvermogenleds zijn te vinden in de winkelrekken en concurreren met de andere vormen van energieeffici¨ente verlichting (de zogenaamde “spaarlampen”, gebaseerd op gasontladingsbuizen). De ontwikkeling van VLC wordt hierdoor ook sterk gestimuleerd: een systeem waarin de zenders al aanwezig zijn en bovendien meestal het hele te bereiken gebied bestrijken, lijkt heel aantrekkelijk. Om de technische mogelijkheden van een dergelijk systeem na te gaan, wordt in de paper van Komine en Nakagawa [7] een simulatie gedaan van een Figuur 5: Field Of View (FOV) en Half Po- praktische situatie. wer hoek (HP) De testopstelling bestaat uit een kamer van 5×5×3 2. Optische Filtering meter met tafeloppervlakken op een hoogte van De optische filter moet de ruis er zo goed 85 centimeter. Aan het plafond worden vier lammogelijk uithalen. Deze ruis wordt veroor- pen gehangen die elk bestaan uit een rooster van zaakt door omgevingslicht, zonlicht of ver- 3600 leds. Er wordt een simulatie gedaan van de

3 Dit

is de benodigde verlichtingssterkte voor een kantoorruimte (volgens ISO-normen)

5

verlichtingssterkte ter hoogte van de tafels en gecontroleerd dat deze overal tussen 300 en 1500 lux3 gelegen is. In figuur 6 is een plot weergegeven van het ontvangen vermogen op de verschillende plaatsen in de kamer. Hierbij is rekening gehouden met reflecties via de muren. Het is duidelijk te zien dat op de plaatsen waar de lampen hangen, de curve locale maxima vertoont. Indien men deze curve vergelijkt met een curve die geen rekening houdt met reflecties, blijkt dat het gemiddeld ontvangen vermogen in dat laatste geval 0.5 dBm lager ligt.

Figuur 7: SNR in functie van FOV voor enkele datarates. [7]

Figuur 6: Verdeling van het ontvangen vermogen in een kantoorruimte.[7] Vervolgens stelt men een redelijk gedetailleerd model op van zender, ontvangen en kanaal. Er wordt zo realistisch mogelijk te werk gegaan en er worden verschillende types ruis in rekening gebracht waaronder ISI4 dat gezien het multipadkarakter van deze opstelling een belangrijke rol speelt. De gebruikte modulatietechniek is is OOK. Men kan aantonen (zie [7]) dat om een bitfoutkans (BER) van 10−6 te bekomen, de benodigde signaal-totruisverhouding (SNR) 13.6 dB bedraagt. Deze waarde wordt als referentie gebruikt in de hierna besproken figuren. Figuur 8: SNR in functie van datarate voor enkele kleine kijkhoeken. [7]

In figuur 7 is een plot weergegeven van de ontvangen SNR in functie van de FOV van de ontvanger voor verschillende datarates. Het is duidelijk dat een nauwe kijkhoek van de ontvanger aanleiding heeft tot hogere SNR’s en dus ook tot hogere mogelijke datarates. Zo is bij een FOV van 40◦ een datarate van 300 Mbps mogelijk bij de vooropgestelde BER. Het effect van een kleine kijkhoek wordt nog duidelijker op figuur 8: voor een FOV van 5◦ zijn datarates van 10Gbps mogelijk. Dit vereist natuurlijk wel dat de ontvanger ofwel stationair blijft, ofwel uitgerust is met een trackingmechnisme dat zich richt naar de zender. 4 Inter

5

Experimentele vaststellingen

Bij de bevindingen uit de paper van Komine en Nakagawa dient opgemerkt te worden, dat het slechts om een simulatie gaat. In realiteit blijken extra factoren een rol te spelen bij het behalen van bepaalde bitrates en liggen de praktisch realiseerbare snelheden heel wat lager. De snelheid van een

Symbool Interferentie

6

communicatiekanaal hangt af van zender, kanaal en ontvanger. Voor VLC blijkt voor een bandbreedte tot 100MHz vooral de zender (LED) de beperkende factor te zijn [8]. Zo ligt de 3 dB modulatiebandbreedte van de veelgebruikte Luxeon Star LED slechts rond de 3 MHz (zie figuur 4).

zijn dus wat ingewikkelder te realiseren, maar kunnen wel grote datarates bereiken binnen de Class 1 veiligheidsnorm, zie bijvoorbeeld [13], waarin over snelheden van meer dan 1Gbps gesproken wordt.

6

Verhogen van de mogelijke bitrate betekent dus voornamelijk het aanpakken van de modulatiesnelheid van de leds. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, die ook overlopen worden in referentie [8]. De eenvoudigste manier is het wegfilteren van de trage gele fosforcomponent in het licht (in de veronderstelling dat met fosforleds gewerkt wordt), maar dit blijkt niet zo veel verbetering te leveren. Een andere methode is gebruik van equalising bij de bron (pre-equalisation). Dit kan men bijvoorbeeld doen door met een array van leds te werken die allen afgestemd zijn op een verschillende piekfrequentie. Door gebruik van een array van 16 leds, bereikt de zender een bandbreedte van 25 MHz (bijna een vertienvoudiging t.o.v. een enkele unequalised LED)[9]. Men kan ook equalising gebruiken aan de ontvanger (postequalisation), hierbij blijkt een eenvoudige analoge equaliser al een grote verbetering te veroorzaken, met een piekdatarate van 73 Mbps (in combinatie met pre-equalisation m.b.v. meerdere leds) [10].

OW vs RF

Het RF spectrum is langzamerhand volzet aan het geraken terwijl de vraag naar mobiele communicatie nog steeds toeneemt. De oplossing hiervoor kan optische communicatie zijn, het optisch spectrum is immers nog niet reguleerd. De voordelen van optische communicatie: ˆ Optische signalen worden tegengehouden door objecten. Het is dus mogelijk om in elke kamer een netwerk op te stellen waarbij dezelfde frequentieband hergebruikt wordt. Er is geen sprake van interferentie tussen beide netwerken. ˆ De verbinding kan erg precies gericht zijn, tot zelfs stralen met een diameter kleiner dan een millimeter. ˆ Bovenstaande punten verzekeren ook een grotere veiligheid, luistervinken is niet zo eenvoudig.

Andere mogelijkheden voor het vergroten van de datarate zijn het gebruik van parallelle communicatie via MIMO5 -systemen (zie bijvoorbeeld [11]) en het overschakelen naar complexe modulatieschema’s zoals OFDM/DMT (zie bijvoorbeeld [12], waarbij datarates van ongeveer 200Mbps gehaald worden). Deze complexe modulatietechnieken worden zoals eerder in deze tekst vermeld, vandaag al volop gebruikt bij de draadloze RFtechnologie¨en zoals IEEE 802.11.

ˆ Aangezien de optische signalen niet interfereren met elektronische apparatuur kan OW gebruikt worden in gevoelige omgevingen zoals bijvoorbeeld een ziekenhuis of laboratorium. ˆ Multipath fading kan verwaarloosd worden bij optische communicatie omdat de ontvangers vele maal groter zijn dan de golflente van het licht.

ˆ Optische componenten zijn goedkoop en Naast VLC is er ook nog IRC. Infraroodcommuverbruiken minder vermogen. Ontvangers nicatie blijkt vooral heel hoge datarates te halen zijn ook eenvoudig in vergelijking met RFbij point-to-point verbindingen over grote afstand ontvangers. (FSO). Dit komt doordat men dan gebruik kan maken van lasers met groot vermogen en hoge Er zijn echter ook enkele nadelen: modulatiebandbreedte (t.o.v. de leds gebruikt bij VLC). Voor indoor IRC waarover het in deze paˆ IR straling kan mogelijk het oog beschadiper gaat, is het onbezonnen gebruik van dergelijke gen. Er zijn veiligheidsvoorschriften die het lasers echter niet veilig. Daarom maakt men gevermogen van deze straling beperken. bruik van systemen die een lager vermogen uitzenden. Zo kan men bijvoorbeeld de te dienen ruimte ˆ Bij diffuse systeem veroorzaakt de multipadopdelen en segmenten en met verschillende zenders situatie intersymbool interferentie en pulse werken (cellulaire principe). Dergelijke systemen spreading. 5 Multiple

Input Multiple Output

7

ˆ Het detecteren van optische straling gebeurt niet coherent. Er wordt intensiteit gemeten in tegenstelling tot amplitude bij RF. Optische ontvangers zijn minder gevoelig en hebben daardoor vaker last van path loss.

meeste OW-systemen nog in experimentele fase en zijn er nog een aantal onopgeloste problemen. Het doorbreken van commerci¨ele OW-systemen voor indoor breedband internet zal dus zeker nog een aantal jaren op zich laten wachten. De onwikkeling van deze systemen zal versneld worden naarmate Zie ook tabel 1. mulitmediadiensten die grote bandbreedte vereisen meer en meer in ons dagelijkse leven binnentreden. Een andere mogelijke factor die kan mee7 Besluit spelen in het versnellen van de eventuele doorIn referentie [14] wordt een overzicht gegeven van braak van OW-systemen is de algemene percepde huidige stand van zaken op gebied van Optical tie die mensen hebben t.o.v. RF-systemen. Indien Wireless. Zoals hierboven al aangekaart, zijn er in de toekomst de veiligheid van RF-technologie heel wat uitdagingen zowel op gebied van VLC als meer en meer in vraag wordt gesteld, kan dit een IRC. In referentie [8] wordt enkel voor VLC de positieve stimulans zijn voor de ontwikkeling van commerci¨ele OW-systemen voor indoor breedband huidige situatie besproken. internet. VLC via witte leds klinkt mooi, maar blijkt toch niet zo vanzelfsprekend te zijn. Dit sluit niet uit dat er op dit moment al (experimentele) technologie¨en bestaan die datarates halen die met RF waarschijnlijk nooit zullen kunnen gehaald worden. VLC is dus goed op weg, maar er zijn nog een aantal gebieden waarop verder onderzoek vereist is in toekomst. Zo is het onderzoek naar het verhogen van de datarate nog lang niet voltooid, is nog onderzoek nodig naar mogelijke integratie met BPL6 en zullen er manieren moeten gevonden worden om het uplinkverkeer te verzorgen (bijvoorbeeld door gebruik te maken van een retro-reflector [15], door een infraroodzender of desnoods RF te gebruiken voor de uplink). Tot slot zullen de ontwikkelde technologie¨en ook moeten gestandaardiseerd worden (reeds gedeeltelijk bezig in de IEEE 802.15 WPAN Visual light Communiation Interest Group).

Referenties [1] O’BRIEN, D.C., en KATZ, M., “Short-Range Optical Wireless Communications”, Wireless World Research Forum, juni 2004. [2] YUN, G., en KAVEHRAD, M., “SpotDiffusing and Fly-Eye Receivers for Indoor Infrared Wireless Communications”, Converence Proceedings, IEEE Wireless Communications, juni 1992. [3] MOURSHUND, C, “LEDs vs. Laser Diodes for Wireless Optical Communication, ClearMesh Networks, 2006, http://www.clearmesh.com/ downloads/wp_led_0407.pdf, december 2006. [4] OBRIEN D.,LE MINH H., ZENG L., FAULKNER G., KYUNGWOO L., JUNG D., OH Y., TAE WON E., “Indoor Visible Light Communications: challenges and prospects”, Proceedings of the SPIE, Volume 7091, 2008

Infraroodsystemen voor indoor breedband toepassingen zullen vooral rekening moeten houden met de veiligheidsnormen (dit in tegenstelling tot VLC via leds) en dus ook met het beperkte vermogen. [5] YUN G. en KAVEHRAD M., Spot-diffusing Daardoor zullen deze systemen waarschijnlijk reand fly-eye receivers for indoor infrared wiredelijk complex worden (cellulair, tracking, . . . ). less communications, Conference Proceedings, Het doorstoten van infrarood als systeem voor inIEEE Wireless Communications, 1992. door breedband toepassingen in de toekomst zal in grote mate afhangen van het snelheidsvoordeel [6] PAL B.P., “Fundamentals of fibre optics in tedat infrarood heeft ten opzichte van VLC. lecommunication and sensor systems”, Bohem Press, 1992 Als algemeen besluit kunnen we stellen dat OW een veelbelovende technologie is die snelle voor- [7] KOMINE, T., en NAKAGAWA, M., “Fundauitgang boekt en nu al heeft bewezen dat ze datamental Analysis for Visible-Light Communicarates kan leveren die vele malen hoger liggen dan tion System using LED Lights”, IEEE Transacdeze van de RF-technologie. Momenteel zijn de tions on Consumer Electronics, februari 2004 6 Broadband

over Power Line

8

Transmissiesnelheid Bandbreedte Veiligheid Multipath fading Ruisbronnen

Radio Frequency Mbit/s Beperkt Kan door muren Aanwezig Co-channel interferentie

Optical Wireless Gbit/s Onbeperkt Kan niet door muren, directief kanaal mogelijk Verwaarloosbaar Omgevingslicht

Tabel 1: Vergelijking tussen RF en OW. [8] O’BRIEN, D.C., en LE MINH, H., “Indoor data rate by use of discrete-multitone modulaVisible Light Communications: challenges and tion”, IEEE Photonics Technology Letters, 2009 prospects”, Wireless World Research Forum, [13] LE MINH, H., en O’BRIEN, D.C., en FAULnovember 2008 KNER, G., “A Gigabit/s indoor optical wireless system for home access networks.”, CSNDSP [9] LE MINH, H., en O’BRIEN, D.C., en FAUL2010, 2010 KNER, G., en ZENG, L., en LEE, K., “High-Speed Visible Light Communications [14] LE MINH, H., en GHASSEMLOOY, Z., Using Multiple-Resonant Equalisation”, Photoen O’BRIEN, D.C., en FAULKNER, G., “Innics Technoloy Letters, 2008 door Gigabit Optical Wireless Communications: Challenges and Possibilities” [10] ZENG, L., en LE MINH, H., en O’BRIEN, D.C., en LEE, K. en JUNG, D. en OH, Y., “Im[15] KOMINE, T., en HARUYAMA, S., en NAKprovement of Data Rate by using Eaualization AGAWA, M., “Bidirectional visible-light comin an Indoor Visible Light Communication Symunication using corner cube modulator”, Prostem”, IEEE Inernational Conference on Circeeding Wireless and Optical Communication cuits and Systems for Communications, novem(WOC), juli 2003 ber 2007 [16] MISHINA K, KITAGAWA S., en MARUTA [11] ZENG, L., en O’BRIEN, D.C., en LE MINH, A., “All-optical modulation format conversion H., en FAULKNER, G., en LEE, K., en JUNG, from on-off-keying to multiple-level phase-shiftD., en OH, Y., en WON, E.T., “High data rate keying based on nonlinearity in optical fiber”, multiple input multiple output (MIMO) optical 2007 wireless communication using white LED lighting”, IEEE Journal on Selected Areas in Com- [17] ADALID J., “Modulation Format Conversion munications, 2009 in Future Optical Networks”, 2009 [12] VUVIC, J., en KOTTKE. C. et al., “White light wireless transmission at 200+ Mbps net

[18] SINGH C., JOHN J., “A Review on Indoor Optical Wireless Systems”

9