MIMO 광통신의 새로운 지평을 열다

작성자: Jon Gabay, Mouser Electronics

광통신은 장거리 신호 전달을 위한 가장 오래된 기술 이전 방법 중 하나입니다. 반사 표면은 태양 광선을 반사하여 신호 또는 경고로 특정 위치로 향하게 할 수 있습니다. 이 방향 반사는 일반적으로 그것을 볼 수 있는 유일한 사람이 의도된 사람이기 때문에 매우 은밀합니다.

광통신은 오늘날에도 여전히 주로 광섬유 및 TV 리모컨에 사용되지만, 요즘에는 RF가 고속 단방향 및 전방향 통신에 선호되는 전자기 매체입니다. 하지만 아직은 광출력을 고려하지 마세요. 장치 제조업체가 모바일 및 고정 위치 장치에 대한 접근 방식을 확장하려고 함에 따라 상대적으로 새로운 형태의 병렬 광통신이 주목을 받고 있습니다.

원래 RF용으로 개발된 MIMO는 다중 입력 다중 출력을 의미하며 무선 엔지니어들이 대역폭을 늘리고 RF 통신이 단일 대역에서 가능한 것보다 더 높은 데이터 속도로 이루어질 수 있도록 하는 데 사용되었습니다. 여기서는 단순히 직렬 전송이 아닌 병렬 데이터 전송이 가능하도록 서로 다른 주파수의 많은 반송파 신호를 사용하여 신호를 전송합니다. 광학 MIMO도 이 작업을 수행하지만 빛을 사용합니다.

광학 MIMO는 가시광선을 사용하여 조명 시스템이 세 가지 방법 중 하나로 다른 장비와 통신할 수 있도록 합니다. 한 가지 기술은 여러 색상의 LED로 구성된 단일 이미터를 사용합니다. 각 LED는 송신기이며, 수신기 측에서 광학 필터링을 사용하여 각 색상은 다른 색상과 병렬로 데이터를 전달합니다. 이 기술을 Lambda MIMO라고 합니다.

대안적인 접근 방식은 예를 들어 천장의 다양한 위치에 여러 개의 이미터를 배치하는 것입니다. 이 경우 각 방출기는 동일한 유형과 색상의 LED이며 비디오 카메라와 같은 병렬 수신기는 공간적으로 분리된 광선을 다시 결합하여 병렬 데이터 전송을 형성합니다. 이를 s-MIMO라고 합니다.

세 번째 기술은 두 가지 접근 방식을 결합하고 각각 다른 색상을 가지며 서로 다른 위치에 배치되는 여러 이미터를 사용합니다. 이를 h-MIMO라고 부르며, 비디오 카메라 등의 병렬 센서를 이용해 공간적으로, 색으로 분리된 광파를 병렬로 디코딩한다.

디코딩에 관해 말하면, RF 변조 기술과 달리 LED는 일반적으로 비용을 낮게 유지하기 위해 단일 색상이므로 파장 변조는 실현 가능한 접근 방식이 아닙니다. 대신 펄스 폭 및 펄스 주파수 변조 기술을 사용할 수 있습니다. OFDM(직교 주파수 분할 다중화)과 같은 RF 기술은 여러 사용자를 허용하지만 데이터 속도를 제한하므로 NOMA(비직교 다중 접속) 기술이 대중을 선도하는 것으로 보입니다.

핵심은 각 색상의 전송 진폭과 각 색상의 수신 게인을 제어하는 ​​것입니다. 이것이 바로 복잡성을 줄이고 효율성을 높이기 위해 NGDPA(정규화된 이득 차이 전력 할당)를 사용하는 이유입니다.

흥미로운 점은 실험 데이터에 따르면 GRPA(이득 비율 전력 할당)와 NGDPA를 모두 사용하여 최대 55Mbit/s의 채널 데이터 속도를 달성할 수 있다는 것입니다. 둘 다 효과적이지만 NGDPA에 약간의 이점이 있습니다. NOMA 기술을 사용하는 두 가지 소스로 110Mbit/s의 총 속도를 달성할 수 있습니다.

수많은 RF 기술과 프로토콜을 통해 장치가 효과적으로 통신할 수 있게 되었는데 왜 근접성과 시선에 크게 의존하는 광학 기술을 사용하려는 사람이 있을까요? 이 스마트 조명 기술에는 여러 가지 이유와 적용 사례가 있습니다.

첫째, 광통신에 필요한 성가신 라이센스 및 승인이 없습니다. FCC, TUV 또는 값비싼 국제 표준을 통과할 필요가 없습니다. 둘째, 이 기술은 EMI에 영향을 받지 않습니다. 다른 RF 소스의 간섭으로 인해 성능이 저하되지 않으며 심지어 매우 높은 EMP 및 스파이크 레벨(예: 대형 모터 켜기)도 데이터 무결성을 방해하지 않습니다.

LED 및 광 수신기는 안테나 RF 프런트 엔드 및 필터 등에 비해 가격이 저렴합니다. 실제로 LED 기반 발산빔 광통신은 상대적으로 단거리이지만 이러한 특성을 활용할 수 있는 응용 분야는 여전히 많습니다.