مدل سازي و بررسي اثر بلومينگ در كيفيت ارتباط سيستم مخابرات نوري مبتني بر دوربين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

در دهه‌هاي اخير، رشد پرشتاب فناوري‌هاي ارتباطات بي‌سيم منجر به افزايش قابل توجه فشار بر طيف فركانسي راديويي شده است. اين وضعيت، لزوم بهره‌گيري از رويكردهاي نوين به منظور كاهش وابستگي به طيف فركانس راديويي را آشكار كرده است. مخابرات نوري بي‌سيم به عنوان يكي از گزينه‌هاي كمك‌كننده، با برخورداري از پهناي باند وسيع، ايمني بالا و مصونيت از تداخلات الكترومغناطيسي، توجه بسياري را به خود جلب كرده است. در اين ميان، مخابرات نوري مبتني بر دوربين، به‌دليل فراگير بودن دوربين‌ها و منابع نوري مانند ديود‌هاي نوراني، از ظرفيت بالايي براي بهره‌برداري در كاربردهاي متنوع برخوردار است. مخابرات نوري مبتني بر دوربين همچنين مزايايي چون پايداري نسبت سيگنال به نويز بالا، جداسازي فضايي منابع نوري با استفاده از آرايه‌هاي پيكسل و امكان انتقال داده به صورت موازي را دارد. با اين حال، محدوديت‌هاي فني مهمي نيز وجود دارد از جمله آنها، محدوديت نرخ داده (مثلاً چند ده كيلوبيت بر ثانيه) ناشي از محدوديت نرخ فريم دوربين و نياز به خط ديد مستقيم بين فرستنده و گيرنده مي‌باشد. يكي از چالش‌هايي كه كمتر به آن پرداخته شده است، پديده‌ي بلومينگ (شكوفايي تصوير) است. پديده‌ي بلومينگ زماني رخ مي‌دهد كه پيكسل‌هاي دوربين نور زيادي را دريافت كنند و تصوير خروجي سفيد شود. بلومينگ به دو علت اتفاق مي‌افتد، هنگامي كه يك پيكسل نور زيادي را دريافت كند و تعداد حامل‌هاي ايجاد شده بيش از ظرفيت ذخيره‌سازي فوتودايود باشد، حامل‌هاي اضافي به پيكسل‌هاي مجاور سرازير مي‌شوند و اين موضوع باعث پديده‌ي بلومينگ مي‌شود. همچنين ايده‌آل نبودن فيلترهاي تفكيك رنگ به كار رفته در دوربين نيز زماني‌كه شدت نور دريافتي زياد باشد، باعث ايجاد پديده‌ي بلومينگ مي‌شود. اين دو عامل باعث سفيد شدن و گسترش تصوير و درواقع پديده‌ي بلومينگ مي‌شوند. در سامانه‌هاي مخابرات نوري مبتني بر دوربين، بلومينگ باعث تداخل بين فرستنده‌هاي مختلف نوري و كاهش دقت بازيابي داده‌ها مي‌گردد. در اين رساله، ابتدا نحوه‌ي گسترش تصوير به صورت آزمايشگاهي بررسي شد و بر اساس داده‌هاي آزمايشگاهي يك مدل براي نحوه بزرگ شدن تصوير ارائه شد. در مدل ارائه شده مشخص شد ميزان رشد تصوير به اندازه‌ي واقعي تصوير منبع نور در حسگر تصوير وابسته است. هرچه اندازه‌ي تصوير اوليه‌ي LED در حسگر تصوير كوچك‌تر باشد، ميزان رشد تصوير در اثر افزايش زمان نورگيري بيشتر است. علاوه بر اين، تاثير بلومينگ بر كيفيت لينك ارتباطي از طريق محاسبه‌ي SNR، زماني كه دو منبع نوري به صورت مستقل در حال ارسال داده هستند، بررسي شد. در نتايج به‌دست آمده مشخص شد در فاصله‌هاي نزديك (كمتر از سه متر) بلومينگ باعث مختل شدن ارتباط نمي‌شود، ولي با افزايش فاصله LED و دوربين از يك‌ديگر تاثير بلومينگ بر كاهش SNR بيشتر مي‌شود و در صورت عدم رعايت فاصله‌ي مناسب بين فرستنده‌ها، باعث مختل شدن ارتباط مي‌گردد.

235576

مدارهاي مجتمع الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان