Порівняльний аналіз енергоефективності методів модуляції у системах зв’язку на основі видимого світла

Abstract

В статті У статті представлено результати теоретичного та аналітичного дослідження енергетичної ефективності основних методів модуляції у системах зв’язку на основі видимого світла (Visible Light Communication, VLC). Розроблено уніфіковану методику оцінювання показників енергоефективності, яка враховує вплив ключових параметрів системи – ефективності світлодіодів, чутливості фотоприймача, площі детектора, рівня шумів та множинних відбиттів від поверхонь. Проведено порівняльний аналіз трьох типових методів модуляції: On-Off Keying (OOK), Pulse-Width Modulation (PWM) та Color-Shift Keying (CSK) при фіксованому рівні освітленості. Встановлено, що OOK та PWM забезпечують близькі значення енергетичної ефективності, тоді як CSK, потребуючи більших енергетичних витрат, має перевагу в спектральній ефективності та потенціалі для високошвидкісної передачі даних. Врахування фонових шумів та геометричних характеристик середовища дозволило уточнити умови, за яких зростає або знижується ефективність системи. Результати дослідження мають практичне значення для проєктування VLC-систем нового покоління, що поєднують функції освітлення та передачі інформації з мінімальними втратами енергії.

In the article The article presents the results of a theoretical and analytical study of the energy efficiency of the main modulation methods in Visible Light Communication (VLC) communication systems. A unified methodology for assessing energy efficiency indicators has been developed, which takes into account the influence of key system parameters - LED efficiency, photodetector sensitivity, detector area, noise level and multiple reflections from surfaces. A comparative analysis of three typical modulation methods has been carried out: On-Off Keying (OOK), Pulse-Width Modulation (PWM) and Color-Shift Keying (CSK) at a fixed level of illumination. It has been established that OOK and PWM provide close values ​​of energy efficiency, while CSK, requiring higher energy costs, has an advantage in spectral efficiency and potential for high-speed data transmission. Taking into account background noise and geometric characteristics of the environment made it possible to clarify the conditions under which the system efficiency increases or decreases. The research results have practical significance for the design of new generation energy-saving VLC systems that combine lighting and information transmission functions with minimal energy loss.