題目:VLC深入探討及賣場應用 班級:微電三甲 學號:4A23A023 姓名:卓泓翔

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1 題目:VLC深入探討及賣場應用 班級:微電三甲 學號:4A23A023 姓名:卓泓翔
Visible Light Communications 可見光通訊 (VLC) 題目:VLC深入探討及賣場應用 班級:微電三甲 學號:4A23A023 姓名:卓泓翔

2 VLC的基本介紹 是一種無線通訊技術。 利用螢光燈或發光二極體（LED）等物體發出的明暗閃爍信號來實現信息傳輸的通信技術。
可見光的頻率介於400 THz（波長780 nm）至800 THz （波長375 nm）之間。 使用普通的日光燈時，它的傳輸能力為 10 kbit/s。使用 LED燈時，則可以到達 500 Mbit/s。傳輸距離則可以到達 1-2 公里。它最大的特色是可以結合固態照明技術。 可見光通訊可以應用於光照上網、可見光點播電視業務、可見光新型無線廣播、可見光精確定位等領域。[1]

3 (主要應用) 家電 飛機 醫院 交通 深海裡 辦公室 圖[1]

4 VLC的深入介紹 為何使用LED ? 製作成本逐年地減少。 LED本身的節省能源效益及使用時間較長等優勢。
未來如全面更換後將可節省總體能源達50％左右。 LED燈同時可作為車燈、戶外與室內照明、LCD用背光模組等用途。 LED除了可作為照明（Lighting）用之外，未來同時也可提供網路通訊（Networking）的服務應用。 [2] 圖2 : LED可見光通訊應用情境

5 LED的輸出波段在可見光（Visible Light）範圍內。
因此不會產生電磁干擾（Electro-Magnetic Interference；EMI）。 故可以在飛機、機場、醫院等不允許EMI干擾的環境場域中，可同時進行安全的網路通訊頻道。 VLC通訊可以在手機之間進行的安全的連接 : 主要是因為其光源可見的，因此用戶們可透過控制可見光的方向進行選擇安全的通訊目標，因此其它人是無法偷取該網路傳輸資訊的。此外因LED光是無法穿透牆壁的，所以其它房間的光信號是不會與其產生干擾問題。 [2] 但是!!! 儘管現在有好幾個主要的研究計劃與相關標準在制定，但是到目前為止仍然還沒有商業化產品出現。 讓我們繼續看下去吧~

6 世界上主要研究的機構與相關標準於VLC通訊系統上的發展：
在美國由UC所於提供資金的Center for Ubiquitous Communication by Light已被建立[3]，其主要是以無線通信號嵌入LED照明系統內以提供照明、通訊、交通管制、廣告和其它的應用等。 在歐洲的OMEGA計劃Seventh Research Framework Programme（FP7）於2008年度開始執行VLC相關技術開發[4]，其目標是它將發展一個Gbit/s的傳輸速度等級之VLC高頻寬服務的家庭區域網路。參與的成員包含近20個歐盟的研究機構，如France Telecom、Siemens、Oxford University等。 目前也有幾個相關的標準正在制定，像日本的Visible Light Communication Consortium（VLCC）[5] 於2003年開始制定VLC通訊規範，目前有18個日本主要的公司與研究機構參與，如NEC、Panasonic、Toshiba、Sony…等等。此外於2008年，IEEE也開始成立VLC Study Group於IEEE Wireless Personal Area Network（WPAN）[6] 之下，主要在MAC與PHY上進行探討與制定，其主要之參與成員有Samsung、Intel、ETRI等。

7 目前的B+Phosphor LED可見光通訊系統下，主要且常見的相關技術議題如下列所描述：
光傳送端（Tx）： 目前者要受限於Phosphor效應影響，因此LED可調變的有效3-dB頻寬約為1-MHz左右，此為VLC通訊系統最大的問題。 光接收端（Rx）： 目前常用的光信號接收器有PIN、APD及Image Sensor等類型，並無太大的使用限制，大多主要還是以佈建成本考量為導向，因此PIN或是APD光接收器還是首選。 頻道效應（Channel Effect）： 因在幾米的傳輸距離下，其VLC系統總傳輸率需達到100-Mbit/s以上才會有Inter-Symbol Interference（ISI）問題產生。 信號調變格式： 可以藉由不同的信號調變格式於LED上以增加其調變速率，如使用OOK-NRZ、m-QAM OFDM及DMT等信號調變技術[7-9] 。

8 Equalization技術： 為了有效地延伸與使用LED的3-dB頻寬，我們可使用Pre-及Post-Equalization技術分別於發射端與接收端以處理調光變信號所延伸佔據之頻寬範圍，如此可增加其傳輸率[10-12]。 Blue Filter應用： 因為係使用B+Phosphor LED圖[3]，因此可以藉由Blue Filter於Rx端將Blue LED部分的頻譜濾下來，其直接就可以有10-MHz寬的頻寬可調變信號用並同時增加其傳輸速率[13]；但是使用該濾波器的話會造成較大的光功率損耗，此會導致VLC傳輸距離下降至cm等級，無法滿足實際LED VLC網路傳輸系統；此外其購置的成本也較高。此VLC傳輸距離很短，因此在實驗VLC通訊下，極有可能是LED頭端電信號直接洩漏至光接端Rx並被接收所致，因此通常在拉遠VLC傳輸距離後（>10cm）則無法量測到LED傳輸信號[14]。因此使用Blue Filter於VLC系統中，其無法作為實際的LED VLC系統佈建與使用，但仍有其學術應用價值。 圖[3] : 白光LED種類示意圖

9 家樂福導入飛利浦 LED 室內定位照明系統，找商品更快更方便
賣場應用 家樂福導入飛利浦 LED 室內定位照明系統，找商品更快更方便 荷蘭皇家飛利浦（Royal Philips NV）所開發的 LED 室內定位照明系統，獲法國大型量販商家樂福（Carrefour）採用，正式導入法國里爾分店，透過該技術即時偵測顧客位置，傳送顧客所需的商品資訊、位置和優惠訊息等，以後購物就更省時省力了。 家樂福里爾（Lille）分店共安裝 800 支飛利浦 LED 燈管，全面汰換原本的螢光燈管，可節能高達五成。每支 LED 燈管均採用飛利浦的可見光通訊（Visible Light Communication，VLC）專利技術，透過光波單向傳送數位訊息，這些數位訊息內容會以人類肉眼無法察覺的特殊編碼傳送，只要用智慧型手機的攝影鏡頭就能偵測得到。顧客下載家樂福專用 app 即可啟用服務定位，以後在 2,400 坪大的里爾分店裡，不但能快速搜尋商品並取得商品位置，也不會錯過任何商品優惠訊息。飛利浦表示 VLC 不會從顧客手機取得任何資訊，顧客也可隨時關閉 app 服務，隱私安全無虞。 [15]

10 為了讓顧客的購物體驗更具互動性也更富趣味，愈來愈多百貨零售店採用 Beacon 技術以提供顧客個人化服務，而飛利浦 VLC 技術是 Beacon、Wi-Fi 等技術外的另一種選擇。
可見光通訊技術發展多年，2011 年時由英國愛丁堡大學教授 Harald Haas 命名為「Li-Fi」（Light Fidelity），前景備受看好且逐漸走向商業化。飛利浦與家樂福合作落實 VLC 應用，除推動無線光通訊技術產業發展，也進一步拓展物聯網應用以搶得市場商機。[15] 圖4 : 可以確認顧客位置和商品位置

11 參考文獻 [1] https://zh.wikipedia.org/wiki/可見光通訊
[2] ; LED 可見光通訊的時代到了！ ; 作者＼葉建宏、鄒志偉 [3] [4] [5] [6] [7] H.-J. Jang, J.-H. Choi, E. B. Cho and C. G. Lee, “Simulation of a VLC system with 1 Mb/s NRZOOK data with dimming signal,” Proc. of ICAIT, 2011, pp.1-3. [8] H. Elgala, R. Mesleh and H. Haas, “Indoor broadcasting via white LEDs and OFDM,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 55, pp , 2009. [9] C. Kottke, K. Habel, L. Grobe, J. Hilt, L. F. del Rosal, A. Paraskevopoulos, and K.-D. Langer, “Single-channel wireless transmission at 806 Mbit/s using a white-light LED and a PIN-based receiver,” Proc. of ICTON, 2012, pp. 1-4. [10] H. L. Minh, D. O’Brien, G. Faulkner, L. Zeng, K. Lee, D. Jung, and Y. Oh, “High-speed visible light communications using multiple-resonant equalization,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 20, pp , 2008.

12 [11] Y. F. Liu, Y. C. Chang, C. W. Chow, and C. H
[11] Y. F. Liu, Y. C. Chang, C. W. Chow, and C. H. Yeh, “Equalization and pre- distorted schemes for increasing data rate in in-door visible light communication system,” Proc. of OFC, 2011, Paper JWA083. [12] C. W. Chow, C. H. Yeh, Y. F. Liu, and Y. Liu, “Improved modulation speed of LED visible light communication system integrated to main electricity network,” Electron. Lett., vol. 47, pp , 2011. [13] T. T. Son, E. Bentley, Z. Ghassemlooy, H. Le Minh, and L. Chao, “Development of a Visible Light Communications system for optical wireless local area networks,” Proc. of ComComAp, 2012, pp [14] H. L. Minh, D. O’Brien, G. Faulkner, L. Zeng, K. Lee, D. Jung, Y. J. Oh, and E. T. Won, “100-Mb/s NRZ Visible Light Communications Using a Postequalized White LED,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 21, pp , 2009. [15] carrefour/ 圖[1] ; 提供單位:工研院資通所 圖[2] ; LED可見光通訊的時代到了！ ; 作者＼葉建宏、鄒志偉 ; 圖一 : LED可見光通 訊應用情境。 圖[3] Visible Light Communication - Tutorial Slide, 圖[4]

13 END