दृश्य प्रकाश संचार

दूरसंचार में, दृश्य प्रकाश संचार (वीएलसी) एक संचरण माध्यम के रूप में दृश्यमान वर्णक्रम (400-800 हर्ट्ज़ की आवृत्ति/780-375 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य वाला प्रकाश) का उपयोग है। वीएलसी दृक् तारविहीन संचार प्रौद्योगिकियों का एक उपवर्ग है।

यह तकनीक 10 केबिट/एस पर संकेत प्रसारित करने के लिए प्रतिदीप्त दीप (साधारण दीप, विशेष संचार उपकरण नहीं) या कम दूरी पर 500 Mbit/s तक एलईडी का उपयोग करती है। रोन्जा जैसी प्रणाली पूर्ण ईथरनेट गति (10 Mbit/s) से 1 – दूरी तक संचारित कर सकते हैं।

विशेष रूप से अभिकल्पित किए गए इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जिनमें सामान्यतः प्रकाश चालकीय डायोड होता है, प्रकाश स्रोतों से संकेत प्राप्त करते हैं, हालाँकि कुछ स्तिथियों में एक कैमरा फोन या एक डिजिटल कैमरा पर्याप्त होगा। इन उपकरणों में उपयोग किया जाने वाला छवि संवेदक वास्तव में प्रकाश चालकीय डायोड (पिक्सेल) की एक श्रृंखला है और कुछ अनुप्रयोगों में इसके उपयोग को एकल प्रकाश चालकीय डायोड की तुलना में प्राथमिकता दी जा सकती है। ऐसा संवेदक या तो बहु -चैनल (1 पिक्सेल = 1 चैनल तक) या एकाधिक प्रकाश स्रोतों के बारे में स्थानिक जागरूकता प्रदान कर सकता है।

वीएलसी का उपयोग सर्वव्यापी कंप्यूटिंग के लिए संचार माध्यम के रूप में किया जा सकता है, क्योंकि प्रकाश उत्पन्न करने वाले उपकरण (जैसे आंतरिक/बाह्य दीप, टीवी, यातायात संकेत, वाणिज्यिक प्रदर्श पृष्ठभूमि और कार अग्रदीप/टेललाइट्स (गाड़ी की पिछली बत्ती)) का उपयोग हर जगह किया जाता है।

इतिहास
दृश्यमान प्रकाश संचार का इतिहास वाशिंगटन डी.सी. में 1880 के दशक का है, जब स्कॉटिश मूल के वैज्ञानिक एलेक्ज़ेंडर ग्राहम बेल ने फ़ोटोफ़ोन का आविष्कार किया था, जो कई सौ मीटर तक माडुलित सूर्यप्रकाश पर भाषण प्रसारित करता था। यह रेडियो (आकाशवणी) द्वारा भाषण के प्रसारण की पूर्व-तिथि है।

दृश्य प्रकाश द्वारा डेटा (आंकड़े) संचारित करने के लिए एलईडी का उपयोग करने पर हालिया काम 2003 में जापान के कीओ विश्वविद्यालय में नाकागावा प्रयोगशाला में प्रारम्भ हुआ। तब से वीएलसी पर केंद्रित कई शोध गतिविधियां हुई हैं।

2006 में, पेन स्टेट में सीआईसीटीआर के शोधकर्ताओं ने आंतरिक अनुप्रयोगों के लिए विस्तृत बैंड पहुंच प्रदान करने के लिए विद्युत् लाइन संचार (पीएलसी) और सफेद रोशनी एलईडी के संयोजन का प्रस्ताव रखा। इस शोध ने सुझाव दिया कि वीएलसी को भविष्य में एक आदर्श अंतिम-मील समाधान के रूप में तैनात किया जा सकता है।

जनवरी 2010 में बर्लिन में सीमेंस और फ्राउनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर टेलीकम्युनिकेशंस, हेनरिक हर्ट्ज इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक सफेद एलईडी के साथ 500 Mbit/s पर पारेषण का प्रदर्शन किया। 5 m, और पांच एलईडी का उपयोग करके लंबी दूरी पर 100 Mbit/s। वीएलसी मानकीकरण प्रक्रिया IEEE 802.15#IEEE 802.15.7: विज़िबल लाइट कम्युनिकेशन|IEEE 802.15.7 कार्य समूह के भीतर आयोजित की जाती है।

दिसंबर 2010 में सेंट क्लाउड, मिनेसोटा ने LVX मिनेसोटा के साथ एक अनुबंध पर हस्ताक्षर किए और इस तकनीक को व्यावसायिक रूप से तैनात करने वाले पहले व्यक्ति बन गए। जुलाई 2011 में TED (सम्मेलन) में एक प्रस्तुति। एक मानक एलईडी दीप से प्रसारित होने वाले हाई-डेफिनिशन वीडियो का लाइव प्रदर्शन किया, और वीएलसी प्रौद्योगिकी के उपवर्ग को संदर्भित करने के लिए ली-फाई शब्द का प्रस्ताव रखा।

हाल ही में, वीएलसी-आधारित आंतरिक पोजिशनिंग प्रणाली एक आकर्षक विषय बन गया है। एबीआई अनुसंधान का अनुमान है कि यह 5 अरब डॉलर के आंतरिक लोकेशन बाजार को अनलॉक करने का एक महत्वपूर्ण समाधान हो सकता है। नाकागावा प्रयोगशाला से प्रकाशन आते रहे हैं, बाइटलाइट ने एक पेटेंट दायर किया मार्च 2012 में एलईडी डिजिटल पल्स रिकग्निशन का उपयोग करके एक लाइट पोजिशनिंग प्रणाली पर। पेन स्टेट में COWA  और दुनिया भर के अन्य शोधकर्ता। खिलौनों की दुनिया में एक और हालिया एप्लिकेशन लागत-कुशल और कम-जटिलता कार्यान्वयन के लिए धन्यवाद है, जिसके लिए दृक् फ्रंट-एंड के रूप में केवल एक microcontroller  और एक एलईडी की आवश्यकता होती है। वीएलसी का उपयोग सुरक्षा प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। वे बॉडी संवेदक नेटवर्क और पर्सनल एरिया नेटवर्क में विशेष रूप से उपयोगी हैं।

हाल ही में ऑर्गेनिक एलईडी (ओएलईडी) का उपयोग 10 एमबीटी/एस तक वीएलसी संचार लिंक बनाने के लिए दृक् ट्रांसीवर के रूप में किया गया है। अक्टूबर 2014 में, एक्सरटेक ने MOMO नामक एक वाणिज्यिक द्विदिशात्मक RGB एलईडी VLC प्रणाली लॉन्च की, जो 300 Mbit/s की गति और 25 फीट की रेंज के साथ नीचे और ऊपर संचारित होती है। मई 2015 में, फिलिप्स ने फ्रांस के लिले में एक हाइपरमार्केट में दुकानदारों के स्मार्टफोन पर वीएलसी स्थान-आधारित सेवाएं देने के लिए सुपरमार्केट कंपनी कैरेफोर के साथ सहयोग किया। जून 2015 में, दो चीनी कंपनियों, कुआंग-χ  और पिंग एन बैंक ने एक भुगतान कार्ड पेश करने के लिए साझेदारी की, जो एक अद्वितीय दृश्य प्रकाश के माध्यम से जानकारी संचारित करता है। मार्च 2017 में, फिलिप्स ने जर्मनी में खरीदारों के स्मार्टफोन के लिए पहली वीएलसी स्थान-आधारित सेवाएं स्थापित कीं। इंस्टॉलेशन को डसेलडोर्फ में यूरोशॉप में प्रस्तुत किया गया (5-9 मार्च)। जर्मनी में पहले सुपरमार्केट के रूप में डसेलडोर्फ-बिल्क में एडेका सुपरमार्केट इस प्रणाली का उपयोग कर रहा है, जो 30 सेंटीमीटर की स्थिति सटीकता प्रदान करता है, जो खाद्य खुदरा क्षेत्र में विशेष मांगों को पूरा करता है।  वीएलसी पर आधारित आंतरिक पोजिशनिंग प्रणाली लोगों का पता लगाने और आंतरिक रोबोटिक वाहनों को नियंत्रित करने के लिए अस्पतालों, बुजुर्गों की देखभाल के घरों, गोदामों और बड़े, खुले कार्यालयों जैसे स्थानों में उपयोग किया जा सकता है।

एक तारविहीन नेटवर्क है जो डेटा ट्रांसमिशन के लिए दृश्य प्रकाश का उपयोग करता है, और दृक् स्रोतों के तीव्रता मॉड्यूलेशन का उपयोग नहीं करता है। डेटा ट्रांसमिशन के लिए दृक् स्रोतों के बजाय कंपन जनरेटर का उपयोग करने का विचार है।

मॉड्यूलेशन तकनीक
डेटा भेजने के लिए प्रकाश के मॉड्यूलेशन की आवश्यकता होती है। मॉड्यूलेशन वह रूप है जिसमें प्रकाश संकेत विभिन्न प्रतीकों का प्रतिनिधित्व करने के लिए भिन्न होता है। डेटा को डिकोड करने के लिए। रेडियो प्रसारण  के विपरीत, वीएलसी मॉड्यूलेशन के लिए प्रकाश संकेत को सकारात्मक डीसी मान के आसपास मॉड्यूलेट करने की आवश्यकता होती है, जो दीप के प्रकाश पहलू के लिए जिम्मेदार होता है। इस प्रकार मॉड्यूलेशन सकारात्मक डीसी स्तर के आसपास एक वैकल्पिक संकेत होगा, जिसमें मानव आंख के लिए अगोचर होने के लिए पर्याप्त उच्च आवृत्ति होगी। संकेतों के इस सुपरपोजिशन के कारण, वीएलसी ट्रांसमीटर के कार्यान्वयन के लिए सामान्यतः एलईडी पूर्वाग्रह के लिए जिम्मेदार उच्च दक्षता, उच्च शक्ति, धीमी प्रतिक्रिया डीसी कनवर्टर की आवश्यकता होती है जो कम दक्षता, कम शक्ति, लेकिन उच्च प्रतिक्रिया वेग के साथ-साथ प्रकाश प्रदान करेगा। आवश्यक एसी करंट मॉड्यूलेशन को संश्लेषित करने के लिए एम्पलीफायर।

कई मॉड्यूलेशन तकनीकें उपलब्ध हैं, जो तीन मुख्य समूह बनाती हैं: सिंगल-कैरियर माडुलित ट्रांसमिशन (एससीएमटी), मल्टी-कैरियर माडुलित ट्रांसमिशन (एमसीएमटी) और पल्स-आधारित ट्रांसमिशन (पीबीटी)।

सिंगल-कैरियर माडुलित ट्रांसमिशन
सिंगल-कैरियर माडुलित ट्रांसमिशन में रेडियो जैसे ट्रांसमिशन के पारंपरिक रूपों के लिए स्थापित मॉड्यूलेशन तकनीकें शामिल हैं। एक साइनसॉइडल तरंग को प्रकाश डीसी स्तर पर जोड़ा जाता है, जिससे डिजिटल जानकारी को तरंग की विशेषताओं में कोडित किया जा सकता है। किसी दिए गए विशेषता के दो या कई अलग-अलग मानों के बीच कुंजीयन करके, प्रत्येक मान के लिए जिम्मेदार प्रतीकों को प्रकाश लिंक पर प्रसारित किया जाता है।

संभावित तकनीकें हैं एम्प्लीट्यूड स्विच कीइंग (एएसके), फेज़ स्विच कीइंग (पीएसके) और फ़्रीक्वेंसी स्विच कीइंग (एफएसके)। इन तीनों में से, एफएसके बड़े बिटरेट ट्रांसमिशन में सक्षम है क्योंकि यह आवृत्ति स्विचिंग पर अधिक प्रतीकों को आसानी से अलग करने की अनुमति देता है। चतुर्भुज आयाम मॉड्यूलेशन (क्यूएएम) नामक एक अतिरिक्त तकनीक भी प्रस्तावित की गई है, जहां प्रतीकों की संभावित संख्या को बढ़ाने के लिए साइनसॉइडल वोल्टेज के आयाम और चरण दोनों को एक साथ कुंजीबद्ध किया जाता है।

मल्टी-कैरियर माडुलित ट्रांसमिशन
मल्टी-कैरियर माडुलित ट्रांसमिशन सिंगल-कैरियर माडुलित ट्रांसमिशन विधियों के समान काम करता है, लेकिन डेटा ट्रांसमिशन के लिए दो या अधिक साइनसॉइडल तरंगों को एम्बेड करता है। इस प्रकार का मॉड्यूलेशन संश्लेषण और डिकोड करने के लिए सबसे कठिन और अधिक जटिल है। हालाँकि, यह मल्टीपाथ ट्रांसमिशन में उत्कृष्टता का लाभ प्रस्तुत करता है, जहां रिसेप्टर ट्रांसमीटर के सीधे दृश्य में नहीं होता है और इसलिए ट्रांसमिशन को अन्य बाधाओं में प्रकाश के प्रतिबिंब पर निर्भर करता है।

पल्स-आधारित ट्रांसमिशन
पल्स-आधारित ट्रांसमिशन में मॉड्यूलेशन तकनीक शामिल है जिसमें डेटा को साइनसॉइडल तरंग पर नहीं, बल्कि स्पंदित तरंग पर एन्कोड किया जाता है। साइनसॉइडल वैकल्पिक संकेतों के विपरीत, जिसमें आवधिक औसत हमेशा शून्य होगा, उच्च-निम्न अवस्थाओं पर आधारित स्पंदित तरंगें विरासत में मिले औसत मान प्रस्तुत करेंगी। यह पल्स-आधारित ट्रांसमिशन मॉड्यूलेशन के लिए दो मुख्य लाभ लाता है:

इसे एकल उच्च-शक्ति, उच्च-दक्षता, धीमी प्रतिक्रिया वाले डीसी कनवर्टर और निर्धारित समय पर एलईडी को करंट पहुंचाने के लिए तेज गति में चलने वाले एक अतिरिक्त विद्युत् स्विच के साथ कार्यान्वित किया जा सकता है। एक बार जब औसत मान डेटा संकेत की पल्स चौड़ाई पर निर्भर करता है, तो वही स्विच जो डेटा ट्रांसमिशन को संचालित करता है, डीसी कनवर्टर को काफी सरल बनाते हुए, डिमिंग नियंत्रण प्रदान कर सकता है।

इन महत्वपूर्ण कार्यान्वयन लाभों के कारण, इन डिमिंग-सक्षम मॉड्यूलेशन को IEEE 802.15#IEEE 802.15.7: विज़िबल लाइट कम्युनिकेशन|IEEE 802.15.7 में मानकीकृत किया गया है, जिसमें तीन मॉड्यूलेशन तकनीकों का वर्णन किया गया है: ऑन-ऑफ कीइंग (OOK), वेरिएबल पल्स पोजिशन मॉड्यूलेशन (वीपीपीएम) और कलर शिफ्ट कीइंग (सीएसके)।

ऑन-ऑफ कुंजीयन
ऑन-ऑफ कुंजीयन|ऑन-ऑफ कुंजीयन तकनीक पर, एलईडी को बार-बार चालू और बंद किया जाता है, और प्रतीकों को पल्स चौड़ाई से अलग किया जाता है, जिसमें एक व्यापक पल्स तार्किक उच्च '1' का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि संकीर्ण पल्स तार्किक निम्न का प्रतिनिधित्व करता है। '0'. क्योंकि डेटा पल्स चौड़ाई पर एन्कोड किया गया है, यदि सही नहीं किया गया तो भेजी गई जानकारी डिमिंग स्तर को प्रभावित करेगी: उदाहरण के लिए, कई उच्च मान '1' वाला बिटस्ट्रीम कई कम मान '0' वाले बिटस्ट्रीम की तुलना में उज्जवल दिखाई देगा। इस समस्या को ठीक करने के लिए, मॉड्यूलेशन को एक क्षतिपूर्ति पल्स की आवश्यकता होती है जिसे समग्र चमक को बराबर करने के लिए जब भी आवश्यक हो डेटा अवधि पर डाला जाएगा। इस मुआवज़े के प्रतीक की कमी कथित झिलमिलाहट का परिचय दे सकती है, जो अवांछनीय है।

अतिरिक्त क्षतिपूर्ति पल्स के कारण, इस तरंग को मॉड्यूलेट करना वीपीपीएम को मॉड्यूलेट करने की तुलना में थोड़ा अधिक जटिल है। हालाँकि, पल्स चौड़ाई पर एन्कोड की गई जानकारी को अलग करना और डिकोड करना आसान है, इसलिए ट्रांसमीटर की जटिलता रिसीवर की सादगी से संतुलित होती है।

परिवर्तनीय पल्स स्थिति मॉड्यूलेशन
परिवर्तनीय पल्स स्थिति भी एलईडी को बार-बार चालू और बंद करती है, लेकिन डेटा अवधि के अंदर पल्स स्थिति पर प्रतीकों को एन्कोड करती है। जब भी पल्स डेटा अवधि की तत्काल शुरुआत में स्थित होती है, तो प्रेषित प्रतीक को तार्किक निम्न '0' के रूप में मानकीकृत किया जाता है, तार्किक उच्च '1' डेटा अवधि के साथ समाप्त होने वाले पल्स से बना होता है। क्योंकि जानकारी डेटा अवधि के अंदर पल्स के स्थान पर एन्कोड की गई है, दोनों पल्स की चौड़ाई समान हो सकती है और होगी, और इस प्रकार, किसी मुआवजे के प्रतीक की आवश्यकता नहीं है। डिमिंग ट्रांसमिटिंग एल्गोरिदम द्वारा किया जाता है, जो तदनुसार डेटा पल्स की चौड़ाई का चयन करेगा।

क्षतिपूर्ति पल्स की कमी के कारण OOK की तुलना में VPPM को एनकोड करना थोड़ा आसान हो जाता है। हालाँकि, थोड़ा अधिक जटिल डिमोड्यूलेशन वीपीपीएम तकनीक पर उस सरलता की भरपाई करता है। यह डिकोडिंग जटिलता ज्यादातर प्रत्येक प्रतीक के लिए अलग-अलग बढ़ते किनारों पर एन्कोड की गई जानकारी से आती है, जो माइक्रोकंट्रोलर में नमूनाकरण को कठिन बना देती है। इसके अतिरिक्त, डेटा अवधि के भीतर एक पल्स के स्थान को डीकोड करने के लिए, रिसेप्टर को किसी तरह ट्रांसमीटर के साथ सिंक्रनाइज़ किया जाना चाहिए, जिससे यह पता चल सके कि डेटा अवधि कब शुरू होती है और यह कितने समय तक चलती है। ये विशेषताएँ वीपीपीएम संकेत के डिमॉड्यूलेशन को लागू करना थोड़ा अधिक कठिन बना देती हैं।

रंग शिफ्ट कुंजीयन
आईईईई 802.15.7 में उल्लिखित कलर शिफ्ट कीइंग (सीएसके), वीएलसी के लिए एक तीव्रता मॉड्यूलेशन आधारित मॉड्यूलेशन योजना है। सीएसके तीव्रता-आधारित है, क्योंकि माडुलित संकेत तीन (लाल/हरा/नीला) एलईडी तात्कालिक तीव्रता के भौतिक योग के बराबर तात्कालिक रंग लेता है। यह संग्राहक संकेत तुरंत, एक प्रतीक से दूसरे प्रतीक पर, विभिन्न दृश्यमान रंगों में उछलता है; इसलिए, सीएसके को फ़्रीक्वेंसी शिफ्टिंग का एक रूप माना जा सकता है। हालाँकि, संचरित रंग में यह तात्कालिक भिन्नता मानवीय रूप से बोधगम्य नहीं है, क्योंकि मानव दृष्टि में सीमित अस्थायी संवेदनशीलता - क्रिटिकल झिलमिलाहट संलयन दहलीज (सीएफएफ) और क्रिटिकल कलर फ़्यूज़न थ्रेशोल्ड (सीसीएफ), दोनों ही हल नहीं कर सकते हैं 0.01 सेकंड से कम समय में अस्थायी परिवर्तन। इसलिए, एल ई डी का प्रसारण एक विशिष्ट समय-स्थिर रंग के लिए समय-औसत (सीएफएफ और सीसीएफ पर) पूर्व निर्धारित होता है। इस प्रकार मनुष्य केवल इस पूर्व निर्धारित रंग को ही समझ सकता है जो समय के साथ स्थिर प्रतीत होता है, लेकिन उस तात्कालिक रंग को नहीं समझ सकता है जो समय के साथ तेजी से बदलता है। दूसरे शब्दों में, सीएसके ट्रांसमिशन एक निरंतर समय-औसत चमकदार प्रवाह बनाए रखता है, भले ही इसका प्रतीक अनुक्रम वर्णिकता में तेजी से भिन्न होता है।

यह भी देखें

 * इलेक्ट्रिक बीकन
 * फाइबर-ऑप्टिक संचार
 * मुक्त स्थान प्रकाशिकी
 * फ्री-स्पेस दृक् संचार
 * अवरक्त डेटा एसोसिएशन—वीएलसी के समान सिद्धांत लेकिन दृश्य प्रकाश के बजाय इन्फ्रारेड प्रकाश का उपयोग करता है
 * लाई-फाई
 * दृक् तारविहीन संचार
 * रोन्जा

अग्रिम पठन

 * David G. Aviv (2006): Laser Space Communications, ARTECH HOUSE. ISBN 1-59693-028-4.

बाहरी संबंध

 * IEEE 802.15 WPAN Task Group 7 (TG7) Visible Light Communication