Room service by laser light (Broadband)

Studieopdracht Optische Communicatie - H05H6a -

Room service by laser light (Broadband) Alexander Prinsier, Steven Van Rossem 2008-2009

Inhoudsopgave 1 Inleiding 1.1 Last-mile solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 1

2 Systeem Configuraties 2.1 De Optische Verbinding . . 2.1.1 Topologie . . . . . . 2.1.2 Kanaal Modellering 2.2 Data Rate en Field-Of-View 2.3 Modulatie Technieken . . .

. . . . .

2 3 4 4 7 7

3 Systeem Componenten 3.1 Zender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 LED vs laser diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Ontvanger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 8 9 10

4 RF vs Optical Wireless

11

5 Besluit

12

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

1

1

INLEIDING

Inleiding

Draadloze communicatie is een exponentiëel groeiende markt. Steeds meer mensen willen altijd en overal bereikbaar zijn, zonder daarbij aan mobiliteit in te boeten. De huidige toepassingen hiervoor zijn vrijwel allemaal gebaseerd op radio-technologie (Wifi, Bluetooth,...). Optische systemen kunnen echter een gelijkwaardig alternatief bieden.[1] De typische toepassingen die men voor ogen heeft, zijn klassieke breedband LAN-netwerken met internet toegang. De data hiervoor wil men dus via zichtbaar licht of infrarood versturen met voldoende hoge snelheid en zonder kabel. Er zijn momenteel nog maar weinig commerciële producten hiervoor te vinden. Onderzoek is nog volop aan de gang om hogere snelheden te halen. In dit verslag worden verschillende technieken toegelicht die deze draadloze, breedbandige en optische communicatie mogelijk maken: • Wat zijn de mogelijke oplossingen om efficiënt dit soort data-communicatie te implementeren, hoe wordt de informatie via licht verstuurd, welke datasnelheid kunnen we verwachten? • We gaan in op de verschillende specificaties waaraan de zender/ontvanger moeten voldoen. Welke topologie is mogelijk? Hoe kan men het kanaal/medium modelleren waarin de data stroomt? • Een afweging tussen licht- en radio communicatie met hun voor- en nadelen. • Hoever staat de huidige technologie? Welke oplossingen kunnen nu al toegepast worden, welk onderzoek is nog nodig?

1.1

Last-mile solution

Het draadloze gedeelte van de communicatie gebeurt meestal pas helemaal aan het einde van de keten. Om de afstand van de provider tot de gebruiker te overbruggen, wil men zoveel mogelijk profiteren van kanalen die reeds aanwezig zijn (vb. kabel,telefoonlijnen). Het kanaal dat men uiteindelijk gebruikt om tot een unieke gebruiker te raken noemt men de ’last-mile solution’. Om de grote capaciteit van optische fibers maximaal te kunnen gebruiken, wil men de vezel zo dicht mogelijk bij de eindgebruiker brengen. Hiervoor onderscheidt men verschillende netwerk architecturen, afhankelijk van waar de optische data eindigt(zie figuur 1). [2] • Fiber to the node / neighborhood (FTTN) / Fiber to the cabinet (FTTCab) De optische kabel bedient verschillende gebruikers, gegroepeerd vb. per straat,wijk,... Het basis-station, waar men overgaat van metalen kabels (kabel,telefoonnetwerk,..) naar optische ligt verder 300m. • Fiber to the curb (FTTC) Zelfde situatie als hierboven. Het basis-station ligt echter dichter dan 300m. • Fiber to the building (FTTB) Een optische kabel loopt tot aan het gebouw in kwestie. Room service by laser light (Broadband)

1

2

SYSTEEM CONFIGURATIES

• Fiber to the home (FTTH) De optische vezel komt helemaal tot bij de eindgebruiker. Om de grote capaciteit van optische fibers maximaal te benutten, zijn FTTH of FTTB netwerken natuurlijk ideaal. Hierbij is er een optische vezel, end-to-end, van provider to user. Hoewel dit een dure oplossing is, worden deze meer en meer ge¨ınstalleerd. Japan en de USA hebben de meeste gebruikers (exponentiële groeicijfers >100%), Europa loopt wat achter (ong. 20% groei) [3]. Eind 2007 werd hier de barrière van 1 miljoen abonnees overschreden, terwijl al 5 miljoen huizen aansluitbaar zijn op het netwerk. [4] Om kosten te drukken en optische draadloze technologie betaalbaar te maken, kan men opteren om via het elektriciteitsnet gegevens te versturen. Het Figuur 1: Netwerk Architecturen idee achter deze implementatie is dat zowel de energie voor de verlichting, als de data, beide over hetzelfde medium gaan. Witte leds zouden dan zowel lichtbron als zender kunnen zijn. Het nadeel is dat het elektriciteitsnet helemaal niet voorzien is op hoge frequenties. Impedantie mismatch, juncties, aftakkingen,... zorgen allen voor degradatie van het signaal en verlaging van de capaciteit. In praktijk zijn er toepassingen waar men data-rates van 500 tot 50.000 kbits/sec haalt. [5] We zien dus dat men steeds blijft investeren in extra bandbreedte en uitbreiding van de huidige optische netwerken. Een volgende stap lijkt zich op te dringen: Hoe kan de eindgebruiker draadloos genieten van de extra capaciteit die optische communicatie biedt? Free-Space-Optics (FSO), een point-to-point optische connectie met zeer hoge data-rates in een outdoor omgeving, behandelen we niet. In dit artikel beschouwen we enkel de afstand in de directe omgeving van de gebruiker, in een indoor omgeving. Deze zal draadloos overbrugd moeten worden, en wel zo dat breedbandige datasnelheden mogelijk zijn. Typisch is deze afstand beperkt tot de ruimte waar de gebruiker zich in bevindt (gesloten kamer, geen open lucht), we kunnen in dit geval dus eigenlijk spreken over de ’last-feet solution’.

2

Systeem Configuraties

Hoe een draadloos optisch netwerk er in praktijk kan uitzien, is ge¨ıllustreerd in figuur 2. Goedkope infrarood zenders/ontvangers sturen signalen de kamer in. In plaats van infrarood, kunnen ook gewone witte LED’s gebruikt worden. Deze kunnen de kamer verlichten en tegelijk hun intensiteit moduleren (onzichtbaar voor het oog) zodat er data verstuurd kan worden. [6]

Room service by laser light (Broadband)

2

2.1

De Optische Verbinding

2


Figuur 2: Optisch Netwerk

1) Een centrale zender/ontvanger, zo goed mogelijk zichtbaar en verbonden met het internet, zendt onder een grote hoek gecodeerde signalen uit (downlink). Tegelijk kunnen ook signalen ontvangen worden. 2) Plug-in toestellen kunnen deze data ontvangen, verwerken. Ze sturen zelf ook data (uplink). 3) Er ontstaan multipath reflecties. Deze kunnen nadelig zijn voor de link. Er zijn verschillende voorwaarden om de invloed hiervan te beperken. Zie 2.1, 3.1 en 3.2 In de volgende paragrafen gaan we wat dieper in op de verschillende aspecten van dit optisch netwerk.

2.1


De goede werking van een OW link1 zal dus sterk afhangen van de ruimte waarin hij gebruikt wordt. Onderzoek heeft echter uitgewezen dat bepaalde regels algemeen gelden, indien we werken in een gesloten kamer, ter grootte van een typisch kantoor. Om in deze situatie berekingen te kunnen maken voert men enkele termen in: Zie figuur 3. • Voor een optische zender definiëren we de HP (Half-Power angle), de grootste hoek waaronder de zender kan stralen. 1 OW staat voor Optical Wireless, een andere term die gebruikt wordt is FSO, Free-SpaceOptical technology


3

2.1


2


• Voor de ontvanger definiëren we de FOV (Field Of View), de grootste hoek waaronder stralen kunnen invallen.

Figuur 3: Plaatsing zender/ontvanger

2.1.1

Topologie

Om het rendement van de verbinding (lage BER,SNR,...) zo hoog mogelijk te houden, moet zoveel mogelijk LOS-signaal ontvangen worden. De plaatsing van de zender/ontvanger is dus zeer belangrijk. Figuur 4 toont een aantal verschillende configuraties voor OW. Er zijn 2 basis configuraties [7]: (a) Communicatie kanalen via verstrooide paden (diffuse paths). Er bestaat geen direct pad van zender naar ontvanger. De zender is niet gericht en de lichtbundel mag smal zijn. De hoge reflectiviteit van het oppervlak, zorgt voor een soort optische ’ether’. Enkel verschillende reflecties bereiken de ontvanger. (b) Line-Of-Sight (LOS). Er bestaat een direct pad van zender naar ontvanger. De zender kan bvb. op het plafond bevestigd zijn. De zender stuurt een brede bundel zodat een grote oppervlakte bereikt wordt. Men moet eigenlijk een afweging maken tussen een smalle bundel met minder dekking maar hogere bitrate, of een brede bundel met meer dekking maar minder snelheid. Hiervoor kunnen volgende oplossingen nuttig zijn: (c) Smalle bundel die de ontvanger volgt. (tracking ) (d) Cellulaire architectuur met meerdere smalle bundels. (e) Enkel de meest reflecterende oppervlakken worden gebruikt. De ontvanger richt zich naar het meest geschikte oppervlak, met de beste signaal kwaliteit. 2.1.2

Kanaal Modellering

Onder het optisch draadloos kanaal valt eigenlijk de hele omgeving waarin het licht zich voortplant, dus de hele kamer, inclusief alle reflecterende oppervlakken, Room service by laser light (Broadband)

4

2.1


2


Figuur 4: Verschillende topologie

eventuele stoorbronnen,... Een algemene formule om dit alles te modelleren kan er zo uitzien: [6] [5] Y (t) = γX(t) ⊗ h(t) + N (t)

(1)

• Y (t) = Stroom die het ontvangen signaal veroorzaakt • γ = Gevoeligheid van de detector • X(t) = Verzonden signaal puls • N (t) = Ruis. We kunnen aannemen dat de ruis zich gedraagt als AWGN2 . De belangrijkste bron van storing is ISI3 . Ook de shot-noise speelt mee (opgewekt in de ontvangstdetector door achtergrondlicht/straling). Figuur 5 geeft de situatie weer in een diffuus kanaal, waarbij de FOV groot genoeg zodat meerdere LOS paden invallen. ISI kan wel beperkt worden, zie 2.2. • h(t) = Impulse response. De hoge pieken zijn afkomstig van een LOS pad. Zoals we op figuur 6(b) zien, kan de FOV groot genoeg zijn om LOS signalen van verschillende transmitters op te vangen (Op figuur 6(a) worden 2 sterke signalen ontvangen.). Het vermogen afkomstig van indirect licht (reflecties) is veel kleiner. Het kanaal bij OW systemen is typisch heel diffuus. Er onstaat veel verstrooiing door reflecties, diffractie,... In zulke omgeving kunnen volgende fenomenen optreden: • multipath fading Het ene pad zal meer verzwakken dan het andere waardoor op sommige plaatsen een lage signaalsterkte ontstaat. Dit fenomeen kan echter verwaarloosd worden bij OW. De informatie carrier is een lichtstraal met frequentie rond 1014 Hz. De afmeting van de detector is dus in de orde van duizenden golflengtes, er is voldoende spatial diversity. De 2 Additive

White Gaussian Noise

3 Inter-Symbol-Interference


5

2.1


2


Figuur 5: Ruis vs data rate fotodetector gedraagt zich als een integrator die fluctuaties in signaalvermogen uitmiddelt over zijn oppervlakte. • pulse spreading en ISI Op figuur 6(a) worden 2 sterke LOS signalen ontvangen. Het tijdsverschil tussen deze sinalen kan gegeven worden door vergelijking 2 (zie figuur 6(b)). In deze situatie is td =1ns, dus om ISI te vermijden moet de symbol rate < 1Giga symbolen per seconde. (Dit is een ideale waarde, in werkelijkheid kan dit lager zijn, zie 3.2) td =

p √ (w − x)2 + h2 − x2 + h2 c

(a) h(t)

(2)

(b) Optisch pad

Figuur 6: Het Optisch Kanaal


6

2.2

Data Rate en Field-Of-View

2.2

2


Data Rate en Field-Of-View

Zoals we in 2.1.2 reeds aantoonden, is ISI een beperkende factor voor de data snelheid. We kunnen echter de FOV van de ontvanger verkleinen zodat er minder licht van verschillende paden invalt (minder pieken in figuur 6(a)). We mogen de FOV ook niet te smal maken, dan bestaat de mogelijkheid dat er helemaal geen signaal meer detecteerbaar is. Er bestaan zogenaamde blind spots, typisch in de hoeken van de kamer, waar geen direct pad meer bestaat. De relatie tussen FOV en data rate is weergegeven in figuur 7(a) voor een systeem zonder tracking. De ontvanger is dus niet gericht en de FOV moet groot genoeg zijn om overal voldoende signaal op te pikken. Bij dit experiment werd een minimum SNR =13.6dB verondersteld voor een werkende link. [6] Voor een snelheid van 200Mb/s moet de FOV dus 40◦ tot 50◦ zijn. Door tracking toe te passen (zie figuur 4c), kunnen we de FOV nog verkleinen. Op die manier wordt er enkel 1 LOS signaal ontvangen en kunnen snelheden >1Gb/s bereikt worden, zie figuur 7(b). Andere technieken om de FOV te verkleinen maar tracking te vermijden zijn figuur 8 (g) en (h). Er kan over een grote oppervlakte licht worden ontvangen, maar de invallende stralen worden dan weer verdeeld over afzonderlijke detectoren.

(a) zonder tracking

(b) met tracking

Figuur 7: FOV vs SNR met ISI

2.3

Modulatie Technieken

Er bestaan heel wat modulatie technieken die geschikt zijn voor breedbandige optische communicatie. Bij OW gaat men de licht-intensiteit moduleren, dit veroorzaakt dan een gemoduleerde stroom in de fotodetector. Twee veel gebruikte technieken zijn On-Off Keying (OOK) en Pulse-Position Modulation (PPM). We beperken ons hier tot oplossingen die geschikt zijn voor een topologie met verstrooide paden (zie 2.1.1). De belangrijkste eigenschappen waaraan de ideale modulatie techniek moet voldoen zijn: • Eenvoudig ontwerp zender en ontvanger • Goede BER, zelfs met multipath reflecties Room service by laser light (Broadband)

7

3

SYSTEEM COMPONENTEN

• Goede vermogen efficiëntie (hoge vermogens zijn niet veilig voor de ogen). Hier tegenover staat dat er zeer veel bandbreedte beschikbaar is. • Multiple Access: meerdere gebruikers in hetzelfde kanaal zorgt ervoor dat we speciale modulatie technieken moeten gebruiken. Technieken zoals TDMA (Time Division Multiple Access) en FDMA (Frequency Division Multiple Access) vindt men niet vaak terug bij dit soort indoor optische systemen. Het probleem hiermee is dat je voor TDMA een zeer goede synchronisatie nodig hebt, die zeer moeilijk te realiseren is wanneer het gaat over verschillende zenders. Voor FDMA moet de golflengte zeer precies gecontroleerd kunnen worden, wat de constructie van de zender duurder maakt. De ontvanger heeft ook zeer goede filters nodig. Men kan frequency multiplexing 4 toepassen wanneer men één frequentie gebruikt voor de downlink en een andere voor de uplink. Zo kunnen witte LED’s op het plafond (downlink) en infrarood toepassingen aan de gebruikerszijde (uplink) ge¨ınstalleerd worden. Deze techniek moet wel nog gecombineerd worden met een andere om multiple access mogelijk te maken. Enkele spread-spectrum technieken bieden hier een oplossing, waarvan CDMA (Code Division Multiple Access) de populairste. Deze technieken zijn in deze context zeer nuttig omdat er een zeer grote bandbreedte beschikbaar is, maar waarin het vermogen beperkt moet gehouden worden. Bij CDMA wordt iedere gebruiker een orthogonale code toegekend. Hierdoor is het mogelijk deze verschillende gebruikers aan de ontvanger toch uit elkaar te halen. Een extra voordeel dat CDMA biedt is dat het resistent is tegen multipath reflecties. Immers, het gereflecteerde signaal zal een extra tijdsvertraging hebben tegenover het signaal waarop de ontvanger reeds gesynchroniseerd is, en zal dus overeenkomen met een andere code. Het ongewenste signaal zal dus volledig weggefilterd worden. Men kan hier eigenlijk een stap verder in gaan. Door verschillende CDMA ontvangers in parallel te gebruiken, die elk synchroniseren op een andere multipath reflectie, kan de SNR nog omhoog gehaald worden. Immers, de energie in iedere reflectie zal nog bijdragen tot het nuttige signaal, en wordt niet weggegooid zoals met typische CDMA ontvangers gebeurt. Een dergelijke ontvanger heet een ”Rake receiver”[8].

3

Systeem Componenten

We hebben gezien dat er al veel onderzoek verricht is in het gebied van OW, er lijkt dus zeker een theoretische basis te bestaan waarop praktische toepassingen gebaseerd kunnen worden. Maar hoe moet een OW apparaat praktisch gebouwd worden? In dit hoofdstuk gaan we de verschillende componenten wat meer bespreken.

3.1

Zender

In 2.1.1 werden reeds verschillende configuraties besproken die te maken hebben de plaatsing van de zender. Qua opbouw bestaat deze algemeen uit 2 dingen: 4 In

optische communicatie spreekt men veeleer van WDM, Wavelength Division Multiplex-

ing


8

3.1

Zender

3

SYSTEEM COMPONENTEN

één of meerdere lichtbronnen en een optisch element (lens, filter,...) om de lichtbundel te vormen (Bepalend voor de HP). Meestal implementeert men laser diodes of LED’s in optische links. Er is eveneens een groeiende interesse om LED’s te gebruiken die zichtbaar licht produceren. Een vergelijking tussen deze twee types vinden we in de volgende paragraaf. 3.1.1

LED vs laser diode

Optische communcicatie maakt meestal gebruik van gemoduleerd laserlicht om data over te brengen. Laser diodes zijn klein en kunnen een hoog vermogen van coherent licht produceren. Ze kunnen sneller moduleren en bieden dus een hoge bandbreedte voor datatransport. Door reflectie of diffractie kan (een deel van) de straal wel met zichzelf gaan interfereren. LED’s produceren incoherent licht, waardoor zelf-interferentie niet voorkomt. Een LED heeft minder vermogen en intensiteit maar heeft een veel bredere bundel (grotere HP) zodat een groter oppervlak bestraald wordt. De laser daarentegen produceert een smalle bundel, dit is handig voor tracking, zie figuur 4 c). Zowel bij LED’s als bij de laser diode kan men extra maatregelen nemen (bvb. gebruik van lenzen) om de HP te vergroten/verkleinen, wat de kost wel verhoogt. Afhankelijk van de toepassing (oa. OW) kunnen LED’s veel voordeliger blijken. Volgende tabel geeft een overzicht. [9]


9

3.2

Ontvanger

Parameter Modulatie snelheid

3

SYSTEEM COMPONENTEN

LED 100 - 300 MHz (voor grote vermogens) afhankelijk van de snelheid, gelimiteerd tot 40 mW voor hoge snelheid 40 tot 100 nanometer

Laser Diode 1 GHz en sneller

brede band, verhoogde noise floor

smalbandig, lagere noise floor

Light Source Minimum output beam divergentie

Incoherent, no self-interference Groot (ong. 0.5 graden) door de afmetingen van de LED

Levensduur

Lange levensduur met kleine degradatie van de power levels Klein

Coherent, self-interference Klein (0.01 graden), indien men gebruik maakt van high-grade optics Medium levensduur, Power levels nemen af over de tijd Zeer gevoelig

Vermogen

Optische Bandbreedte Ontvang Filter

Temperatuur Gevoeligheid Driver electronica System Cost

Veiligheid

3.2

Simpel (modulated current source) Laag. Standaard verkrijgbare, goedkope onderdelen Brede bundel, grote divergentie waardoor intensiteit binnen veiligheidsmarges ligt

100’en mW beschikbaar. Kan ook optisch versterkt worden. 1 nanometer

Complex (Compensatie voor temperatuur en output power) Hoog. Speciale high-grade en compenserende circuits, sensoren Hoge intensiteit in een smalle bundel kan oogschade veroorzaken (vermogen beperken)

Ontvanger

Bij OW is het detectieproces incoherent. De detector is enkel gevoelig voor het vermogen(intensiteit) van invallend licht. De oppervlakte van deze detector zal dus belangrijk zijn voor de werking. De precieze topologie van de ontvangst antenne is ook zeer belangrijk. Ten eerste moet bij het ontwerp van de ontvanger gekeken worden naar zijn FOV. Algemeen geldt dat hoe kleiner je deze maakt, hoe minder last je hebt van multipath reflecties. Daar staat natuurlijk tegenover dat zender en ontvanger in een LOS (Line Of Sight) configuratie staan. Bij dit soort configuraties kan men gemakkelijker hogere snelheden halen dan bij een diffuus kanaal [10]. Een typische OW ontvanger bestaat uit (figuur 8): • Een optisch syteem dat de invallende stralen bundelt en op de detector richt. Dit is bepalend voor de FOV. Hiervoor zijn verschillende technieken mogelijk, lenzen kunnen het invallend licht bundelen op 1 detector of verdelen over verschillende. [11] • Een optische filter om de ruis te beperken. Alleen de nuttige golflengtes moeten invallen op de detector, de invloed van achtergrondstraling moet zoveel mogelijk beperkt worden. • Een fotodetector om de straling in stroom om te zetten. Er bestaan twee types fotodiode voor deze toepassingen: PIN (minder gevoelig, gemakkeRoom service by laser light (Broadband)

10

4

RF VS OPTICAL WIRELESS

lijk te implementeren op silicium) en APD (Avalanche Photo Diode, zeer gevoelig). • Een elektronisch systeem dat de ontvangstroom verder verwerkt (versterken, demoduleren,...). Een specialere opstelling maakt gebruik van meerdere photodetectors, die elk naar een andere richting gedraaid staan. Deze multi-antenne opstelling laat toe een betere kanaalmodellering toe te passen en hierdoor kan men nog energie die in de multipath reflecties zit benutten om de SNR hoger te krijgen [10] (zie fig. 8 g). Een alternatief hiervoor is een Imaging Receiver die, door middel van een lens, kanalen uit verschillende richtingen kan concentreren op verschillende detectoren (zie fig. 8 h). Voor een dergelijke Imaging Receiver bestaat zelfs een CMOS implementatie [12]. Het voordeel van deze categorie van ontvangers is dat ze geen nood hebben aan speciale modulatie technieken om toch multiple access aan te bieden. Hier kan men immers SDMA (Spatial Diversion Multiple Access) gebruiken. Een tweede voordeel van deze ontvangers is dat omgevingslicht op ieder kanaal ongeveer even veel ontvangen wordt en dus makkelijker kan weggefilterd worden.

Figuur 8: Ontvanger

4

RF vs Optical Wireless

Het huidige radio spectrum zit reeds erg vol. Het is dan waarschijnlijk niet erg realistisch om een alsmaar snellere link, tussen een alsmaar groeiend aantal mobiele stations (mesh netwerken), te voorzien in het radio spectrum. Optische technologie biedt hier enkele voordelen: • Het optisch spectrum is niet gereguleerd. Je mag een heel brede band voor jezelf gebruiken, waarmee je dus een zeer snelle link kan voorzien. • optische signalen gaan niet door muren. Ze interfereren met andere woorden niet met de signalen van de kamer ernaast. Dezelfde frequenties kunnen dus hergebruikt worden in de kamer ernaast. Dit is ook de reden waarom je een hele band voor jezelf kan gebruiken. • Het is ook mogelijk zeer directief te communiceren. De diameter van de uitgezonden straal kan immers kleiner gemaakt worden dan enkele millimeters. Deze directiviteit, samen met de bescherming van de muren van de kamer, geven optische communicatie ook een sterk voordeel in termen van beveiliging. Room service by laser light (Broadband)

11

5 BESLUIT

• Als laatste kan men opmerken dat optische frequencies geen gevaar betekenen voor gevoelige elektronische apparatuur zoals typisch in ziekenhuizen te vinden is. Er zijn echter ook wat moeilijkheden: • Het uitgezonden vermogen sterk beperkt moet worden om mogelijke gevaarlijke situaties met het oog te vermijden (bij directieve laser configuraties) • Optische detectie gebeurt niet coherent, zodat er intensiteit wordt gemeten, en niet de amplitude zoals bij RF vaak gedaan wordt. Dit vermoeilijkt het ontwerp van de ontvanger omdat deze gevoeliger is voor path loss.

5

Besluit

In bepaalde toepassingen kan een optisch draadloze link beter geschikt zijn (snelheid en vermogen) dan een RF link. Dit zijn vooral toepassingen waar een Line Of Sight mogelijk is tussen de zender en ontvanger. Hier bestaan reeds commerciële producten van. Het is ook mogelijk optical wireless te gebruiken met een diffuus kanaal, maar de snelheid ligt hier veel lager. We verwachten niet dat de industrie hier op korte termijn van gebruik zal maken omdat RF momenteel nog sneller is voor deze toepassing. Het samennemen van verlichting en breedband netwerk toegang via witte leds zou echter wel een stimulans kunnen zijn om over te schakelen van RF naar optical wireless. Algemeen wordt aangenomen dat optical wireless en rol zal spelen in toekomstige mobiele 4G netwerken. Communicatie zou hier gebeuren door RF en optische kanalen tegelijk te gebruiken, om op die manier altijd een zekere basisdienst (always-on trage verbinding) te bieden, maar op sommige plaatsen toch een zeer hoog transmissiedebiet te kunnen bieden om bijvoorbeeld films over te zetten vanaf een terminal naar het mobiele toestel.


12

REFERENTIES

REFERENTIES

Referenties [1] M. Kavherad, “Broadband Room Service by Light,” Scientific American, juli 2007. [2] “Wikipedia, Fiber To The Home,” http://en.wikipedia.org/wiki/FTTH, laatst bezocht op 3/12/2008. [3] “Fiber To The Home Council, Europe,” http://www.ftthcouncil.eu/, laatst bezocht op 30/11/2008. [4] I. News, “FTTH situation in Europe,” http://idate-shop.com/pages/ index.php?rubrique=news&idr=20&idp=471&idl=7, laatst bezocht op 30/11/2008. [5] M. Kavehrad and P. Amirshahi, “Hybrid MV-LV Power Lines and White Light Emitting Diodes for Triple-Play Broadband Access Communications,” Achieving the Triple Play: Technologies and Business Models for Success. International Engineering Consortium, 2005. [6] T. Komine and M. Nakagawa, “Fundamental Analysis for Visible-Light Communication using LED Lights,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2004. [7] Dominic O’Brien and Marcos Katz, “Short-Range Optical Wireless Communications,” Wireless World Research Forum(WWRF), 2004. [8] K. Cheun, “Performance of direct-sequence spread-spectrum rake receivers with random spreading sequences,” IEEE Transactions on communications, Vol. 45, No. 9, 1997. [9] Carter Moursund, “LEDs vs. Laser Diodes for Wireless Optical Communication,” ClearMesh Networks, 2006, http://www.clearmesh.com/ downloads/wp led 0407.pdf, laatst bezocht op 12/12/2008. [10] Dominic O’Brien and Marcos Katz et al., “Short-Range Optical Wireless Communications,” Wireless World Research Forum(WWRF), 2005. [11] G. Yun and M. Kavehrad, “Spot-diffusing and fly-eye receivers for indoor infrared wireless communications,” Conference Proceedings, IEEE Wireless Communications, juni 1992. [12] B. S. Leibowitz, B. E. Boser, and K. S. J. Pister, “A 256-element cmos imaging receiver for free-space optical communication,” IEEE Journal Of Solid-State Circuits, Vol. 40, No. 9, 2005.


13

Room service by laser light (Broadband)

Recommend Documents