Performance evaluation and experimental verification of vehicular visible light communication

Abstract

Araç geliştirme, gelecekteki bazı uygulamalarını desteklemek için büyük ölçüde veri iletişimine aktarır. Araç müfrezesi ve otonom araçlar (AV), bu on yılda ticari olarak temin edilebilecek uygulamalardan bazılarıdır. Bu noktadan sonra, akıllı ulaşım sistemleri (ITS), merkezi olmayan çevresel bildirim mesajlarının (DENM), kooperatif farkındalık masajlarının (CAM) veya herhangi bir uygulamaya özel masajın birbirleriyle değiş tokuş edilebileceği kablosuz iletişim uygulamaları için en çekici alanlardan biri haline geldi. araçlar. Bu masajlar, hem yolculuk süresinin hem de çevre kirliliğinin azaltılmasına katkıda bulunacak trafik yönetimi tarafından daha fazla kullanılabilir. Bu, otomotiv üreticilerini, teknoloji uygulaması yoluyla pazar gelişimini yakalamak için araç bağlantısına güvenmeye motive ediyor. ITS uygulamalarında son derece güvenilir, yüksek veri hızı ve düşük gecikmeli bir iletişim bağlantısı gereklidir. Özel kısa menzilli iletişim (DSRC) ve Hücresel araçtan her şeye (CV2X), ITS uygulamaları için geleneksel radyo frekansı (RF) teknolojisidir. Mevcut RF spektrumunun bant genişliği sınırlaması ve elektromanyetik girişim (EMI) sorunları nedeniyle, görünür ışık iletişimi (VLC), lisanssız geniş bir bant genişliği ve EMI'ye karşı bağışıklık sunarak güçlü kablosuz erişim teknolojisi olarak ortaya çıkmıştır. Özellikle VLC, kullanıcı yoğun ortamlarda güçlü bir performansa sahiptir ve veri boşaltma \linebreak yoluyla WiFi'ye tamamlayıcı bir teknoloji olarak kabul edilir. Ayrıca VLC, hastane yoğun bakım üniteleri, nükleer santraller gibi RF kısıtlı alanlarda güvenli bir alternatif olarak kullanılabilir. Otomotiv üreticisi son zamanlarda araç gövdelerinde ışık yayan diyotların \linebreak (LED'ler) kullanımını artırıyor. VLC, aydınlatma ve iletişim amaçları için LED'in ikili kullanımına izin verdiğinden, bu, VLC'nin araç bağlantısı için tamamlayıcı bir yaklaşım olarak değerlendirilmesini sağlar. VLC sistemi, istenen bilgi sinyalini sürüş doğru akımı (DC) üzerine bindirerek ışık kaynağının yoğunluğunu modüle eder. DC değeri, genlik kısıtlamaları dikkate alınarak istenilen çalışma noktasına göre seçilir. Modüle edici sinyalin frekansı çok yüksek olduğundan, ışık yoğunluğunun titremesi insan gözü tarafından gözlemlenemez. VLC sistemleri için tipik modülasyon seçimi, açma-kapama anahtarlama (OOK) ve darbe modülasyon teknikleri iken, dikey frekans bölmeli çoğullama (OFDM) gibi diğer modülasyon teknikleri, Gbps düzeyinde ultra yüksek hızları desteklemek için ayrıca önerilmiştir. V2X uygulaması için VLC bağlantısının pratik uygulaması için bazı endişeler var. Örneğin, pratik uygulama yönleri. Araç VLC'si için ticari olarak temin edilebilen ürünlerdeki kıtlığa rağmen, ön uç tasarlanmalı ve sistem tasarımında etkisi göz önünde bulundurulmalıdır. Ayrıca, güneş ışığı gibi dış ortamın etkisi karakterize edilmelidir. Ayrıca, herhangi bir iletişim sisteminde olduğu gibi, kanal modelleme araç VLC sistemlerinde kritik bir rol oynar, özellikle araç ışık kaynağının asimetrik modeli ile deneysel olarak modellenmesi gerekir. Diğer bir kritik husus, hareketliliğin etkisidir ve fotodedektörün araç üzerindeki konumu, farklı yol şekillerinde (yani düz ve kavisli yollar) sağlam bir araç VLC bağlantısına sahip olmak için uygun şekilde tanımlanmalıdır. Bir kıyaslama olarak, araç VLC'sinin performansı RF ile daha fazla karşılaştırılmalıdır. Bunlardan motive olarak, öncelikle VLC sistemleri için temel bant işleme ve farklı modülasyon tekniklerinin deneysel uygulamasını araştırıyoruz. Daha sonra, araç \linebreak LED'lerinin yüksek güç iletimini destekleyen önyüz tasarlıyor ve sistem performansı üzerindeki deneysel etkilerini araştırıyoruz. Daha sonra dış ortamdaki bozulmaları ve araç ortamına uygun lens kombinasyonunun doğru seçimini karakterize ediyoruz. Araç VLC sistemi için bir diğer kritik husus, araç asimetrik ışık kaynağının yol kaybını deneysel olarak modelleyerek kanal modelinin ayrıca ele alınmasıdır. Bu model, özel durum için kullanılmak üzere daha da genişletildi (kamyondan kamyona VLC sistemi). Bunlara güvenerek, hem binek araçlar hem de ağır araçlar (yani Kamyon) için hareketlilik varlığında araç VLC bağlantı performansının kritik yönünü araştırıyoruz. Kıyaslama amacıyla, ayrıca karşılaştırma amacıyla bir hibrit sistem (VLC/RF) uyguluyor ve belirli bir hizmet kalitesini (QoS) karşılamak için bir anahtarlama algoritması uyguluyoruz.