بررسي چالش هاي اغتشاش و حركت در مخابرات نوري چند آنتني مبتني بر دوربين در حمل و نقل هوشمند

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

چكيده شبكه‌ اينترنت وسايل نقليه امكان تبادل اطلاعات بين وسيله نقليه، زيرساخت‌ها و عابرين پياده را به منظور افزايش سطح ايمني جاده‌ها فراهم مي‌كند. به دليل اشباع بودن باند امواج راديويي، اتصال تمام وسايل نقليه به شبكه اينترنت وسايل نقليه با استفاده از امواج راديويي امكان پذير نيست. يكي از بهترين راه‌حل‌هاي بحران طيف امواج راديويي، استفاده از طيف امواج نور مرئي به صورت مكمل طيف امواج راديويي است. در محيط حمل و نقل، استفاده گسترده از ديودهاي نوري (LED) براي تأمين روشنايي و استفاده روزافزون از دوربين‌ها در داخل خودروها و جاده‌ها فرصتي عالي براي فناوري مخابرات نوري مبتني بر دوربين (OCC) فراهم كرده است. پايين بودن نرخ فريم در دوربين‌ها باعث محدود شدن سرعت تبادل اطلاعات در فناوري OCC مي‌شود. در اين تحقيق، فناوري‌ چندآنتني (MIMO) براي حل اين چالش بررسي شده است. در اين پژوهش، ما چالش‌هاي يك سيستم MIMO-OCC در محيط حمل و نقل را بررسي كرده و سپس به ارائه راهكار براي حل اين چالش‌ها مي‌پردازيم. سيستم MIMO-OCC در اين رساله شامل يك چراغ راهنمايي در فرستنده است كه LEDهاي آن داده‌ها را به صورت جداگانه در كانال‌هاي موازي به دوربين يك خودرو در قسمت گيرنده ارسال مي‌كنند. فاصله كوچك چند ميلي‌متري بين LEDها در منابع نوري باعث مي‌شود برخي از عوامل مانند پرسپكتيو، فاصله فرستنده و گيرنده، حركت خودرو، شرايط بد آب و هوا، اغتشاش، و عوامل داخلي دوربين باعث تداخل كانال‌هاي مجاور و در نتيجه افزايش تداخل بين پيكسل‌ها شوند. در اين پژوهش چالش‌هاي حركت خودرو، اغتشاش، و عوامل داخلي دوربين روي يك سيستم MIMO-OCC در محيط حمل و نقل بررسي مي‌شود. ابتدا با كمك تابع انتشار نقطه تابش، تأثير اغتشاش جو بررسي مي‌شود. به همين منظور براي بررسي اثر اغتشاش شديد روي تداخل بين پيكسل‌ها، پارامتر DND و براي بررسي اغتشاش خيلي شديد پارامتر PSLED معرفي مي‌گردد. همچنين تأثير پارامترهاي دوربين و LEDها در ميزان اثر مخرب اغتشاش روي تداخل بين پيكسل‌ها مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد در حالت بدون اغتشاش جو، افزايش اندازه قطرLED ها از 10 mm به20 mm ، مقدار DND را براي لينك‌هاي به طول20 m ، 60 m و 100 mبه ترتيب به اندازه تقريباً 1، 6 و 8 عدد ديجيتال كاهش مي‌دهد. حركت خودرو يكي از بزرگترين چالش‌ سيستم‌هاي MIMO-OCCدر محيط حمل و نقل به حساب مي‌آيد. در اين پژوهش براي اولين بار تأثير حركت خودرو روي تابع انتشار نقطه تابش بررسي مي‌شود. با حركت خودرو تصوير LEDها در جهت حركت خودرو روي حسگر تصوير پخش مي‌شود. بنابراين با افزايش سرعت حركت و سرعت زاويه‌اي خودرو، تداخل بين پيكسل‌ها افزايش و نسبت سيگنال به نويز و نسبت سيگنال به تداخل و نويز كاهش مي‌يابد. براي ارزيابي نتايج شبيه‌سازي‌ها در اين تحقيق، يك كانال MIMO-OCCدر محيط آزمايشگاهي پياده‌سازي و نتايج آن با نتايج شبيه‌سازي‌ها مقايسه مي‌گردد. در اين مقايسه مشاهده مي‌شود كه نتايج آزمايشگاهي مطابقت خوبي با نتايج شبيه‌سازي‌ها دارند. در اين تحقيق براي كاهش تأثير عوامل مخرب روي سيستم MIMO-OCC در محيط حمل و نقل از دو تكنيك كدگذاري فضايي و يادگيري عميق استفاده مي‌كنيم. كدگذاري فضايي مي‌تواند طول كانال نوري را افزايش دهد اما باعث كاهش نرخ داده مي‌شود. يادگيري عميق نيز مي‌تواند در تشخيص LEDها و داده‌هاي ارسالي كمك كند اما حجم پردازش در گيرنده را افزايش مي‌دهد.

232042

مخابرات (سيستم)

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان