Chagua Lugha

Muundo wa Jumla wa Juu kwa Mifumo ya Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana Yenye Rangi Nyingi

Uchambuzi kamili wa mpya wa mpango wa muundo wa jumla wa juu kwa mifumo ya VLC yenye LED za RGB, ukishughulikia vikwazo vya taa, PAPR, msongamano wa mawimbi, na uwekaji alama bora.
smdled.org | PDF Size: 0.2 MB
Ukadiriaji: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
Ukadiriaji Wako
Umekadiria waraka huu tayari
Kifuniko cha Waraka PDF - Muundo wa Jumla wa Juu kwa Mifumo ya Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana Yenye Rangi Nyingi
Tazama Waraka PDF Pakua PDF Tafsiri PDF
Nyumbani » Nyaraka » Muundo wa Jumla wa Juu kwa Mifumo ya Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana Yenye Rangi Nyingi

1. Utangulizi na Muhtasari

Karatasi hii, "Muundo wa Jumla kwa Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana Yenye Rangi Nyingi," inawasilisha maendeleo makubwa katika uwanja wa Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana (VLC). Waandishi wanapendekeza CSK-Advanced, mpango mpya wa muundo wa jumla wa juu ulioundwa kwa mifumo inayotumia Diodi za Mwanga za Nyekundu/Kijani/Bluu (LED za RGB). Kazi hii inashughulikia vikwazo muhimu vya Mabadiliko ya Rangi ya Kawaida (CSK), kama vile upotevu wa ufanisi kutokana na nguvu ya jumla iliyozuiwa, huku ikijumuisha kwa makini mahitaji muhimu ya taa kama vile Kielelezo cha Kuonyesha Rangi (CRI) na Kiwango cha Ufanisi wa Mwangaza (LER) kama vikwazo vya uboreshaji.

2. Uelewa Msingi: Mfumo wa CSK-Advanced

Uvumbuzi wa msingi wa karatasi hii ni kuendelea zaidi ya kutibu vituo vya RGB kama vibebaji vilivyotenganishwa tu. CSK-Advanced inafikiria nafasi ya ishara kama jumla ya juu iliyounganishwa, ambapo kila alama ni vekta inayofafanua nguvu kamili za LED za nyekundu, kijani, na bluu kwa wakati mmoja. Njia hii ya jumla inaruhusu uboreshaji wa pamoja wa utendaji wa mawasiliano (Kiwango cha Hitilafu ya Bits - BER) na ubora wa mwangaza chini ya vikwazo vya ulimwengu halisi kama vile Uwiano wa Nguvu ya Kilele-kwa-Wastani (PAPR) ya kila LED. Ni mabadiliko kutoka kwa falsafa ya muundo wa kiwango cha sehemu hadi kiwango cha mfumo, inayokumbusha mabadiliko ya mfano yaliyoletwa na uboreshaji wa mwisho-hadi-mwisho katika mifumo ya kujifunza kwa kina, kama inavyoonekana katika kazi kama karatasi ya asili ya CycleGAN ambayo ilijifunza pamoja kazi za ramani kati ya vikoa vya picha.

3. Mtiririko wa Mantiki: Kutoka Tatizo Hadi Suluhisho

Karatasi hii inajenga hoja yake kwa mtiririko wazi wa mantiki wenye hatua tatu.

3.1. Mfumo wa Mfumo na Muundo Bora wa Kituo

Msingi umewekwa na mfumo wa LED $N_r$, $N_g$, $N_b$. Tatizo kuu la uboreshaji limeundwa ili upunguze Kiwango cha Hitilafu ya Alama (SER) kwa kuongeza Umbali wa Kielelezo wa Chini (MED) kati ya pointi za jumla katika nafasi ya nguvu ya 3D $(I_r, I_g, I_b)$. Muhimu zaidi, vikwazo sio wazo la baadaye bali vimejumuishwa katika ufafanuzi wa tatizo: nguvu ya wastani ya mwanga iliyowekwa, kuratibu za rangi za lengo kwa ajili ya mwangaza, na mipaka ya PAPR ya mwanga ya kila kituo cha rangi cha LED ili kudhibiti upotoshaji usio wa mstari.

3.2. Kushughulikia Msongamano wa Mawimbi (CwC)

Kisha mfano unapanuliwa hadi hali halisi ya msongamano wa mawimbi kati ya vituo vya rangi, ulioonyeshwa na matriki ya kituo $\mathbf{H}$. Badala ya kutumia usawa kwenye kipokezi (usawa wa baadaye), ambao unaweza kuongeza kelele, waandishi wanapendekeza kiboreshaji cha awali kinachotegemea Mtengano wa Thamani ya Kipekee (SVD). Jumla imeundwa upya katika nafasi ya kituo iliyobadilishwa, iliyotenganishwa. Njia hii ya kutangulia imeonyeshwa kuwa bora kuliko mipango ya usawa wa baadaye kama vile Zero-Forcing (ZF) au Hitilafu ya Mraba ya Maana ya Chini ya Mstari (LMMSE), haswa katika hali zenye kelele.

3.3. Uwekaji Alama wa Jumla kwa BSA

Hatua ya mwisho inashughulikia uwekaji ramani wa mfuatano wa bits kwa alama za jumla. Waandishi wanatumia Algorithm ya Kubadilisha Binary (BSA)—inayoripotiwa kwa mara ya kwanza katika uwekaji alama wa jumla wa juu wa VLC—ili kupata uwekaji ramani bora unaofanana na Gray ambao hupunguza BER kwa jiometri fulani ya jumla, na kufunga mzunguko wa uboreshaji wa utendaji wa mwisho-hadi-mwisho.

4. Nguvu na Kasoro: Tathmini Muhimu

Nguvu:

  • Ujumuishaji wa Vikwazo Kamili: Kushughulikia kwa wakati mmoja vikwazo vya mawasiliano (MED, BER), mwangaza (CRI, LER, nukta ya rangi), na vifaa (PAPR) ni kielelezo na kinahusiana na tasnia.
  • Upunguzaji wa Msongamano wa Mawimbi Unaotangulia: Usawa wa awali unaotegemea SVD ni suluhisho erevu na lenye ufanisi kwa tatizo la kawaida la vitendo.
  • Ubunifu wa Algorithm: Kutumia BSA kwa uwekaji alama katika muktadha huu ni uchanganyiko mzuri kutoka kwa nadharia ya mawasiliano ya dijiti.
Kasoro na Ukosefu:
  • Ugumu wa Hesabu: Karatasi hii haisemi chochote kuhusu gharama ya hesabu ya kutatua tatizo la uboreshaji la MED lenye vikwazo kwa saizi kubwa za jumla, kikwazo kinachowezekana kwa marekebisho ya wakati halisi.
  • Dhana ya Mazingira Yanayobadilika: Mfano unadhania kituo kisichobadilika. Vituo halisi vya VLC vya ndani hupitia kuzuiwa na vivuli vinavyobadilika; uthabiti wa mpango huu kwa mabadiliko hayo haujajaribiwa.
  • Ukamilifu wa Vifaa: Ingawa PAPR inazingatiwa, kasoro zingine zisizo kamili kama vile kutokuwa na mstari wa LED (zaidi ya kukatwa) na athari za joto hazijaonyeshwa, na kwa uwezekano zinaongeza kupata kwa utendaji.

5. Uelewa Unaoweza Kutekelezwa na Mwelekeo wa Baadaye

Kwa watafiti na wahandisi, karatasi hii inatoa mpango wazi:

  1. Kubadili Mtazamo wa Uboreshaji wa Pamoja: Treat muundo wa mfumo wa VLC kama uboreshaji wa pamoja wa mawasiliano na mwangaza, sio matatizo mawili tofauti.
  2. Usawa wa Awali Zaidi ya Usawa wa Baadaye: Katika hali za msongamano wa mawimbi, wekeza katika muundo wa upotoshaji wa awali/usawa wa awali kwa utendaji wa kuaminika zaidi.
  3. Chunguza Jumla zinazobadilika: Hatua inayofuata ya mantiki ni kuunda algorithm zenye ugumu mdogo ambazo zinaweza kubadilisha jumla kwa wakati halisi kulingana na mahitaji ya mwangaza yanayobadilika au hali za kituo, labda kwa kutumia kujifunza kwa mashine kwa uboreshaji wa haraka.
  4. Kusukuma Uanzishaji wa Viwango: Kazi kama hii inapaswa kutoa taarifa kwa marekebisho ya baadaye ya viwango vya VLC (zaidi ya IEEE 802.15.7) ili kujumuisha ufafanuzi wa jumla unaobadilika na wa juu zaidi.

6. Uchunguzi wa Kiufundi wa Kina

6.1. Uundaji wa Hisabati

Uboreshaji msingi wa kituo bora unaweza kufupishwa kama: $$\begin{aligned} \max_{\{\mathbf{s}_i\}} & \quad d_{\min} = \min_{i \neq j} \|\mathbf{s}_i - \mathbf{s}_j\| \\ \text{s.t.} & \quad \frac{1}{M}\sum_{i=1}^{M} \mathbf{s}_i = \mathbf{P}_{\text{avg}} \quad \text{(Nguvu ya Wastani)} \\ & \quad \mathbf{C}(\mathbf{s}_i) = \mathbf{c}_{\text{target}} \quad \text{(Nukta ya Rangi)} \\ & \quad \max(\mathbf{s}_i^{(k)}) / \text{avg}(\mathbf{s}_i^{(k)}) \leq \Gamma_{\text{PAPR}} \quad \forall k \in \{r,g,b\} \end{aligned}$$ ambapo $\mathbf{s}_i = [I_r, I_g, I_b]_i^T$ ni nukta ya jumla, $M$ ni saizi ya jumla, na $\mathbf{C}(\cdot)$ inakokotoa kuratibu za rangi.

6.2. Matokeo ya Majaribio na Utendaji

Karatasi hii inawasilisha matokeo ya nambari yanayoonyesha ubora wa CSK-Advanced:

  • BER dhidi ya SNR: Chini ya rangi za mwangaza zisizo sawa (k.m., nyekundu inayotawala), CSK-Advanced hupata BER ndogo sana ikilinganishwa na mipango ya kawaida ya PAM iliyotenganishwa na CSK ya msingi, haswa katika SNR ya wastani hadi ya juu.
  • Uvumilivu wa Msongamano wa Mawimbi: Muundo wa usawa wa awali unaotegemea SVD unaonyesha pengo wazi la utendaji wa BER juu ya usawa wa baadaye wa ZF na LMMSE, hasa msongamano wa mawimbi unavyoongezeka. Hii inawakilishwa kwa kuona katika ramani ya BER dhidi ya mgawo wa msongamano wa mawimbi.
  • Michoro ya Jumla: Karatasi hii kwa uwezekano inajumuisha ramani za 3D zinazoonyesha pointi za jumla zilizoboreshwa kijiometri kwa CSK-Advanced, zikizilinganisha na gridi za kawaida za mipango ya kawaida ambazo hazina ubora. Michoro hii inaonyesha kwa kuona MED kubwa iliyopatikana kupitia uboreshaji.

7. Mfumo wa Uchambuzi na Mfano wa Kesi

Kesi: Kuunda mfumo wa VLC kwa ukumbi wa makumbusho.

  1. Mahitaji: Angazia uchoraji na joto maalum la rangi lililodhibitiwa (k.m., nyeupe ya joto 3000K) ili kuzuia uharibifu, huku ukitoa mtiririko wa data wa mwongozo wa sauti uliofichwa.
  2. Kutumia Mfumo wa CSK-Advanced:
    • Ufafanuzi wa Kikwazo: Weka $\mathbf{c}_{\text{target}}$ kwa kuratibu za rangi zinazohitajika. Fafanua mipaka madhubuti ya PAPR ili kuhakikisha uimara wa LED. Weka kikwazo cha CRI cha juu kwa kuonyesha rangi sahihi.
    • Uonyeshaji wa Kituo: Pima/kadiria matriki ya msongamano wa mawimbi 3x3 $\mathbf{H}$ kwa vifaa maalum vya LED za RGB na vibainishi vya mwanga vinavyotumika.
    • Uboreshaji: Endesha uboreshaji wa kuongeza MED na vikwazo hapo juu na usawazishe awali kwa kutumia SVD kulingana na $\mathbf{H}$.
    • Uwekaji Alama: Tumia BSA kwa jumla ya 3D inayotokana ili kuweka ramani bits za data ya sauti kwa hitilafu ndogo zaidi za kucheza.
  3. Matokeo: Mfumo wa taa ambao unakidhi kikamilifu viwango vya mwangaza vya uhifadhi huku ukisambaza data kwa uaminifu, jambo gumu kwa miundo iliyotenganishwa.

8. Mtazamo wa Matumizi na Utafiti wa Baadaye

Matumizi ya Haraka: Viungo vya data vya kasi ya juu, salama katika mazingira yanayohitaji tahadhari ya taa: hospitali (vyumba vya MRI), makabati ya ndege, mazingira ya viwanda yenye vikwazo vya EMI. Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:

  • Kujifunza kwa Mashine kwa Uboreshaji: Tumia kujifunza kwa kina kwa nguvu au kujifunza kulingana na gradient (kulingana na mifumo kama PyTorch/TensorFlow) ili kutatua tatizo changamano la uboreshaji la kikwazo kwa haraka au kwa kurekebisha.
  • Ujumuishaji na Mitandao ya LiFi: CSK-Advanced inafanya vipi katika mitandao ya LiFi yenye watumiaji wengi, seli nyingi? Utafiti katika mgawo wa rasilimali na usimamizi wa msongamano unahitajika.
  • Zaidi ya RGB: Panua mfumo hadi LED zenye wigo mwingi (k.m., RGB + Nyeupe, au Cyan) kwa juu zaidi ya mwelekeo na viwango vya data.
  • Ujumuishaji wa Photonics ya Silikoni: Chunguza muundo wa pamoja na majukwaa mapya ya micro-LED na photonics ya silikoni kwa vibadilishaji mawimbi vya kompakt sana na vya kasi ya juu, kama ilivyoripotiwa na mashirika ya utafiti kama Taasisi ya Marekani ya Uzalishaji wa Photonics Iliyounganishwa (AIM Photonics).

9. Marejeo

  1. Gao, Q., Gong, C., Wang, R., Xu, Z., & Hua, Y. (2014). Muundo wa Jumla kwa Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana Yenye Rangi Nyingi. arXiv preprint arXiv:1410.5932.
  2. Kiwango cha IEEE cha Mitandao ya Eneo la Ndani na Jiji–Sehemu ya 15.7: Mawasiliano ya Kiotomatiki ya Mwanga Unaonekana Kwa Kutumia Mwanga Unaonekana. (2011). IEEE Std 802.15.7-2011.
  3. Zhu, J., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Tafsiri ya Picha-hadi-Picha Isiyo na Jozi kwa Kutumia Mitandao ya Adversarial Yenye Mzunguko-Thabiti. Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV). (Kumbukumbu ya CycleGAN kwa mfano wa uboreshaji wa pamoja).
  4. Kahn, J. M., & Barry, J. R. (1997). Mawasiliano ya infrared isiyo na waya. Proceedings of the IEEE, 85(2), 265-298.
  5. AIM Photonics. (n.d.). Utafiti wa Photonics Iliyounganishwa. Imepatikana kutoka https://www.aimphotonics.com/ (Mfano wa jukwaa la juu la vifaa).
  6. Drost, R. J., & Sadler, B. M. (2014). Muundo wa jumla kwa ufunguo wa mabadiliko ya rangi kwa kutumia algorithm za biliadi. IEEE GLOBECOM Workshops.