MIMO 光通信が新境地を開拓

マウザー エレクトロニクス、Jon Gabay 著

光通信は、長距離信号を送信するための技術以前の最も古い方法の 1 つです。 反射面は太陽光線を反射し、信号や警告として特定の場所に太陽光線を向けることができます。 この指向性反射は、通常、それを見ることができるのは目的の人だけであるため、非常にステルスでもあります。

光通信は現在でも、主にファイバーやテレビのリモコンで使用されていますが、現在では、高速一方向および全方向通信には RF が好まれる電磁媒体となっています。 ただし、光学出力はまだ考慮しないでください。 比較的新しい形式の並列光通信が、デバイスメーカーがモバイルデバイスと固定位置デバイスの間での利用方法の拡大を目指す中、注目を集めています。

MIMO は元々 RF 用に開発されたもので、Multiple Input Multiple Output の略で、帯域幅を増やし、単一帯域で可能なデータ レートよりも高いデータ レートで RF 通信を実行できるようにするために無線技術者によって使用されてきました。 ここでは、信号はさまざまな周波数の多くのキャリア信号を使用して送信され、単なるシリアル送信ではなく並列データ転送が可能になります。 オプティカル MIMO もこれを行いますが、光を使用します。

光学 MIMO は可視光を使用して、照明システムが 3 つの方法のいずれかで他の機器と通信できるようにします。 1 つの手法では、複数の色の LED で構成される単一のエミッターを使用します。 各 LED は送信機であり、受信機側で光学フィルタリングを使用することにより、各色は他の色と並行してデータを伝送します。 この技術は Lambda MIMO と呼ばれます。

別のアプローチは、たとえば天井のさまざまな場所に複数のエミッタを配置することです。 この場合、各エミッタは同じタイプおよび色の LED であり、ビデオ カメラのような並列レシーバが空間的に分離された光線を再度結合して並列データ転送を形成します。 これをs-MIMOと呼びます。

3 番目の手法は両方のアプローチを組み合わせ、それぞれが異なる色で異なる位置に配置された複数のエミッターを使用します。 これは h-MIMO と呼ばれ、ビデオ カメラなどの並列センサーも使用して、空間的および色的に分離された光波を並列的にデコードします。

デコードに関して言えば、RF 変調技術とは異なり、LED はコストを低く抑えるために通常単色であるため、波長変調は実現可能なアプローチではありません。 代わりに、パルス幅およびパルス周波数変調技術を使用することもできます。 直交周波数分割多重 (OFDM) などの RF 技術は複数のユーザーを許可しますが、データ レートが制限されるため、非直交多元接続 (NOMA) 技術が群をリードしているようです。

重要なのは、各色の送信振幅と各色の受信ゲインを制御することです。 そのため、正規化された利得差電力配分 (NGDPA) が複雑さを軽減し、効率を高めるために採用されています。

興味深いのは、実験データが、利得比電力割り当て (GRPA) と NGDPA の両方を使用して最大 55Mbit/s のチャネル データ レートが達成可能であることを示していることです。 どちらも効果的ですが、NGDPA の方がわずかに有利です。 NOMA 技術を使用した 2 つのソースで合計 110Mbit/s のレートが達成可能です。

非常に多くの RF 技術とプロトコルにより、デバイスの良好な通信が効果的に可能になっているのに、なぜ近接性や見通し線に大きく依存する光学技術を使用したいと思うのでしょうか? このスマート照明技術には多くの理由と用途があります。

まず、光通信には煩わしいライセンスや承認が必要ありません。 FCC、TUV、または高価な国際標準の枠を飛び越える必要はありません。 第二に、この技術は EMI の影響を受けません。 他の RF ソースからの干渉によってパフォーマンスが低下することはなく、大型モーターをオンにするなど、非常に高い EMP およびスパイク レベルでもデータの整合性が妨げられることはありません。

LED と光受信機は、アンテナ、RF フロントエンド、フィルターなどよりもコストが低くなります。 実際の LED ベースの発散ビーム光通信は比較的短距離ですが、これらの特性を利用できるアプリケーションはまだ多数あります。