 | | (kliknite za veću sliku) |
Ekspanzijom mobilnih tehnologija i uređaja za mobilnu komunikaciju neminovno dolazi do sve većeg zagušenja radio‑frekventnog područja. Američka Federalna komisija za komunikacije (FCC) je još 2009. upozorila svetsku javnost na preveliko radio‑frekventno zagušenje, nazvano još i kriza spektra. U svetu postoji oko 1,4 miliona baznih stanica za mobilnu telefoniju i oko pet milijardi mobilnih telefona, tako da se mesečno mobilnim mrežama šalje više od 600 TB podataka. Zbog toga, ali i zbog brojnih drugih pogodnosti, novo područje bežičnih komunikacija u budućnosti bi se moglo potražiti u svetlosnoj komunikaciji.
VLC komunikacija
U osnovi ove ideje je već poznata tehnologija komuniciranja vidljivom svetlošću VLC (Visible Light Communication). Za takav oblik komunikacije koristile bi se obične sijalice kojih u svetu ima oko 14 milijardi. Dakle, infrastruktura za bežičnu svetlosnu komunikaciju već postoji. Ukoliko bi se klasične sijalice zamenile svetiljkama s diodama (LED – Light Emitting Diodes) one bi, osim što osvetljavaju, istovremeno mogle obavljati jednostavan, ali neočekivano brz prenos podataka.
Vidljiva svetlost je deo elektromagnetnog spektra i nalazi se negde u njegovoj sredini. Širina njenog opsega mnogo je veća od ostalih područja (obuhvata opseg po talasnoj dužini od 400 do 700 nm, a po frekvenciji od 428 do 750 THz). Delovi svetlosnog spektra koji su ispred i iza vidljive svetlosti iz bezbedonosnih razloga nisu pogodni za korišćenje, a radio‑frekventno područje je preopterećeno. Zbog toga se sasvim logično došlo na ideju da se za komunikaciju iskoristi područje vidljive svetlosti, koja je potpuno bezbedna po čoveka.
Ideja je sa tehničke strane logična, s obzirom na to da je za digitalni prenos podataka potrebno imati elemente s dva moguća stanja. U ovom slučaju to je prisustvo (uključenje) svetlosti – logička jedinica – i odsustvo (isključenje) svetlosti – logička nula. Pokazalo se da su za takav rad pogodne svetleće diode (LED), dakle poluprovodnički elementi. One se uključuju i isključuju vrlo velikom brzinom, tako da je čovekovom oku ta promena nevidljiva.
Korišćenjem niza svetlećih dioda moguće je na taj način preneti vrlo veliku količinu podataka. Još veća količina podataka može se preneti paralelnim prenosom, s više nizova LED dioda. Osim standardnih (belih) LED dioda, napravljeni su eksperimenti s kombinacijom crvenih, zelenih i plavih svetlećih dioda kako bi se ostvarilo više kanala za prenos podataka, pri čemu svaka frekvencija svetlosti (boja) kodira različit kanal podataka.
Priprema podataka za prenos se uglavnom zasniva na OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulaciji. OFDM je frekventna modulacija s više nosilaca (koriste se i imena MCM, Multicarrier Modulation i DTM – diskretna multitonska modulacija). Ona se, zapravo, ne odnosi na klasičnu modulacionu šemu, već na šemu kodiranja i transportnu šemu. Obezbeđuje prenos velike količine podataka vezama tipa point‑to‑point i point‑to‑multipoint. Osnovna ideja je da se protok podataka podeli na više paralelnih tokova i da se svaki od njih prenosi pomoću sopstvenog podnosioca. Podnosioci su međusobno ortogonalni, što omogućava da se na mestu prijema razdvoje. Na taj način se postiže bolja spektralna efikasnost korišćenja jedinstvenog multipleksa sa frekventnom raspodelom.
LiFi komunikacija
Za istraživanja iz oblasti VLC‑a posebno su zaslužnii naučnici sa univerziteta Edinburg i Oksford, koje je predvodio profesor Harold Haas. Profesor Haas je Nemac i studirao je na Edinburškom univerzitetu, a pre nekoliko godina se vratio na matični fakultet kao predavač i uključio se u razne projekte. Opsednut idejom o komunikaciji putem vidljive svetlosti, pokrenuo je projekat D‑Light, ili punim imenom Data Light. Istraživanja profesora Haas‑a i njegovih saradnika finansirala je asocijacija škotskih privrednika (Scottish Enterprise), a priključili su mu se i naučnici s drugih univerziteta.
Upravo u skladu s nazivom vrlo raširene bežične tehnologije (WiFi), kojoj ima u planu da konkuriše, ali i da bude kompatibilna sa njom, nova tehnologija VLC komunikacije iz Edinburga dobila je naziv LiFi (Light Fidelity). Tehnologija je zasnovana na prostornoj modulaciji – integraciji SIM (Subcarrier Index Modulation) sa OFDM modulacijom, što obezbeđuje vrlo veliku brzinu prenosa podataka.
Prvo predstavljanje LiFi tehnologije priređeno je na tradicionalnoj godišnjoj konferenciji inovacija iz oblasti tehnologije, zabave i dizajna – TED Global Conference, održanoj u Edinburgu sredinom jula 2011. Za tu priliku napravljen je detektor vidljivog svetla koji se sastojao od stone lampe sa LED sijalicom i uređaja za obradu signala. Lampa je postavljena na kutiju sa otvorom kroz koji prolazi svetlost usmerena ka prijemniku. Na taj način je na konferenciji priređena demonstracija prenosa HD videa.
Oktobra 2011. osnovan je LiFi konzorcijum, a početkom 2012. tehnologija je prikazana i na CES‑u u Las Vegasu. U 2011. D‑Light projekat je transformisan u kompaniju (VLC Ltd.). Ona će prodavati minijaturne LiFi primopredajne uređaje za prenos podataka brzinom do 100 Mbps (brže nego većina širokopojasnih veza) i aplikacije za prenos podataka između pametnih mobilnih telefona. U ovoj kompaniji napravljen je i optički primopredajnik koji se priključuje na laptop. Najavljeno je da će novoosnovana kompanija početi s komercijalizacijom svojih proizvoda tokom 2012. godine.
U odnosu na WiFi
Osim preopterećenosti područja, bežične radio‑frekventne komunikacije odlikuju se i drugim nepovoljnostima: neefikasne su (bazne stanice troše previše energije, i to ne za prenos podataka, već za sopstveno hlađenje, pa je njihova efikasnost samo 5%), ne mogu se (iz bezbedonosnih razloga) koristiti u svim uslovima (bolnice, let avionom...), a prenos podataka je bezbednosno problematičan, pošto radio‑talasi prolaze kroz zidove i druge prepreke, pa je moguće presretanje i krađa podataka.
Korišćenje vidljive svetlosti eliminiše te negativnosti. Odlikuje se velikim (neiskorišćenim) kapacitetom, efikasnošću (prenos podataka je besplatan, a i same LED sijalice su efikasnije od klasičnih), dostupnošću (sijalica ima svuda, pa i u avionima, bolnicama...) pa i sigurnošću. Zato je LiFi je odlično rešenje za komunikaciju u bolnicama (ne utiče na rad medicinskih uređaja, sve prostorije su osvetljene), u avionima (u kojima ima na stotine svetiljki), za podvodnu komunikaciju (na primer, za podmornice koje već imaju far kojim osvetljavaju dno da bi se kretale), u fabrikama gasa i petrohemije (u kojima ne može da se koristi radio‑veza jer može doći do varničenja). Očekuje se i primena u modernim, umreženim pametnim kućama, u vojnim i odbrambenim strukturama, u službama za obezbeđenje objekata...
LiFi komunikacijom mogao bi se kontrolisati i saobraćaj. Vozila (pametni automobili) bi u tom slučaju trebalo da imaju LED farove i LED stop‑svetla kako bi mogli da komuniciraju međusobno i sa uređajima za signalizaciju, i da na taj način spreče saobraćajna zagušenja i udese. Još veći potencijal za ovu vrstu komunikacije su mnogobrojna ulična svetla rasuta po naseljenim mestima u čitavom svetu. Svaka ulična svetiljka mogla bi biti besplatna pristupna tačka ka Internetu. Upravo ovaj oblik primene (pristupne tačke za Internet) doneo je tehnologiji naziv LiFi.
LiFi na CES‑u 2012.
 | Korišćenjem niza svetlećih dioda moguće je preneti vrlo veliku količinu podataka. Još veća količina podataka može se preneti paralelnim prenosom, s više nizova LED dioda
(kliknite za veću sliku) |
Na razvoju VLC tehnologije radi se i u Japanu. Poznati japanski proizvođač časovnika, digitalnih foto‑aparata, mobilnih telefona i drugih uređaja Casio prikazao je početkom januara ove godine prvo praktično rešenje LiFi tehnologije na sajmu potrošačke elektronike CES 2012. LiFi komunikacija ostvarena je između dva pametna mobilna telefona. Na ekranu telefona korisnika koji je želeo da pošalje informaciju pojavio se skup trepćućih tačaka, tzv. far. Korisnik koji je informaciju primio usmerio je kameru svog telefona ka tom skupu tačaka i njegov LiFi prijemnik je dekodirao primljene podatke, prikazujući sadržaj na ekranu.
Podrazumeva se da oba uređaja treba da imaju odgovarajući čip i softver, a na sličan način komunikacija se može ostvariti i s više korisnika istovremeno. Tada korisnik koji želi da primi informacije usmerava kameru svog telefona ka grupi do najviše pet uređaja s kojih informacije dolaze. Podaci se mogu prenositi brzinom od nekoliko stotina megabita u sekundi.
Casio planira da tehnologiju ugradi u uređaje široke potrošnje pa se mogu koristiti mobilni računari, televizori, razne vrste ekrana, digitalni foto‑aparati... Jedna od mogućih primena LiFi tehnologije je na elektronskim reklamnim tablama postavljenim na javnim mestima. U uglovima tih tabli ili preko reklamnih sadržaja mogu se postaviti markeri s trepćućim LED diodama koje će služiti širokom krugu korisnika za preuzimanje informacija (na primer, Internet adresa kompanija ili kodova za preuzimanje dodatnih informacija – fajlova sa servera). Zavisno od udaljenosti s koje se informacije preuzimaju razlikuje se veličina farova: udaljenost veća za 1 metar povećava farove za 1 cm2.
Planovi za budućnost
LiFi tehnologija je proglašena jednim od 50 najboljih pronalazaka u 2011. godini, koje tradicionalno publikuje magazin Time (50 Best Inventions of 2011). Nakon toga, usledilo je još jedno priznanje publicistike – on‑line magazin Huffington Post uvrstio je LiFi tehnologiju u 18 najinovativnijih ideja za 2012. godinu.
Prvi uređaji sa LiFi tehnologijom imaju brzinu prenosa podataka 130 Mbps na rastojanju do 2 m, sa standardnim LED diodama, što je više nego dva puta brže od trenutno aktuelne brzine WiFi komunikacije. U laboratorijskim uslovima ostvarene su i znatno veće brzine – na Institutu Hajnrih Herc u Berlinu stigli su do 500 Mbps. Smatra se da brzina može da dostigne i 1 Gbps, pa čak i 10 Gbps, što bi omogućilo preuzimanje HD filma za samo 30 sekundi.
Sledeći korak u razvoju komuniciranja putem vidljive svetlosti je usvajanje IEEE standarda za ovu bežičnu tehnologiju – oznaka je 802.15.7 – što bi trebalo da se ostvari u 2012. godini. Ove godine pojaviće se na tržištu i pametni mobilni telefoni s podrškom za LiFi tehnologiju, kao i LED lampe koje će je podržavati. Tehnologija će biti kompatibilna i sa PLC (Power Line Communications) sistemom za prenos podataka putem naponskih vodova i PoE (Power over Ethernet) tehnologijom za korišćenje Ethernet kablova ne samo za prenos podataka, već i za prenos energije. Sve to će doneti revoluciju u bežičnim komunikacijama i udariti temelje novoj industriji hardverskih i softverskih komponenti vrednoj milijarde dolara.
| 
