Tengo curiosidad sobre las posibilidades que ofrecen los LED para transmitir datos en un rango corto (2 o 3 metros), y qué velocidad máxima de transmisión de datos se puede esperar de componentes cuidadosamente elegidos, pero de calidad para el consumidor. Estoy interesado en un hardware mínimo + solución de software "inteligente" (microcontrolador).
Entonces veo esto como un problema de diseño de dos partes:
- La capa de "medio físico" (hardware): ¿cuál sería una buena opción de LED y receptor (fototransistor?) Para la señalización de alta frecuencia? ¿Qué tipo de circuito de conducción debo usar?
- La capa de "codificación de señal" (software): ¿sería eficiente un protocolo a lo largo de la línea del código Manchester? ¿O son otros protocolos de codificación más eficientes para este medio?
Cosas que estoy descartando: sé sobre módulos IR5 económicos y robustos, pero no están diseñados para una transmisión de datos rápida. También entiendo que usar luz coherente (un diodo láser) puede proporcionar un mejor ancho de banda. Además, no hay fibra óptica: los datos se transmiten a través del aire.
Actualizar:
La motivación para esta configuración sería una alternativa a la comunicación por línea eléctrica (PLC) o Wifi; entonces un ancho de banda en el rango de 25 a 100Mb / s sería suficiente. Esto también explica la restricción "sin fibra", pero sería aceptable un reflector mínimo.
Teniendo en cuenta la distancia "al otro lado de la habitación" que estoy considerando, creo que las soluciones potentes / muy enfocadas como Ronja pueden ser excesivas (en realidad tienen una " distancia mínima " mucho más alta ).
Teniendo en cuenta la parte del hardware: eres positivo en el alto ancho de banda que puedo alcanzar con LED "no fosforosos" adecuados. ¿Son algunos colores mejores que otros en este sentido? ¿Qué debo buscar en la hoja de datos para asegurarme de que tengan esta característica?
Teniendo en cuenta la codificación: ¿qué sería mejor que Manchester para este uso? ¿Algo más eficiente en cuanto al ancho de banda, como una variante RLL ? Soy más un programador que una persona de electrónica, así que estoy más a gusto con la codificación / decodificación de software; pero, ¿me ayudarían algunos circuitos integrados con la decodificación (que, según tengo entendido, es la parte difícil)? ¿Debería considerar un prefiltrado de la señal antes de la decodificación, quizás aprovechando las características de frecuencia del protocolo de codificación?
fuente
Respuestas:
Resultado deseado 1er
Detalles lo suficientemente completos para construir uno de 160 Mbps a 1 metro de aire libre LED a enlace de diodo PIN aquí
Enlace de comunicación óptica de espacio libre mediante LED
ECE 4007 Proyecto Senior de Diseño Sección L01, Grupo FSO Adam Swett Clayton Huff Trang Thai Nguyen Trinh
1 de mayo de 2008
Receptor:
Circuito de transmisión PERO ver texto:
A través del manual de comunicaciones ópticas aéreas. Antes citada.
Formato molesto.
aquí
Originalmente dije:
Resulta que esto es correcto :-).
Los informes del mundo real indican que se pueden alcanzar velocidades de 100 Mbps con LEDS de fósforo blanco utilizando métodos relativamente simples, principalmente filtrado y ecualización, para una ganancia de aproximadamente 25x sobre la velocidad "lista para usar" de alrededor de 4 Mbps para un LED de fósforo blanco. Entonces, la transmisión de aire libre del mundo real:
LED de fósforo blanco como se suministra - aproximadamente 4 Mbps
LED de fósforo blanco con magia no muy dura - 100 Mbps
LED accionados con NRZ DC - 200 Mbps
LED con NRZ negativo bajo para barrer la carga - 300 Mbps
Los límites teóricos de los LED de las "leyes de la física" - 1 - 2 Gbps
Receptores
Suficiente hasta el día siguiente es su maldad.
PIN diodo receptor.
Lea las notas de la aplicación.
Jugar.
Excelente discusión sobre problemas de alimentación para comunicaciones IR en equipos de baja potencia / batería. Parece excelente en una rápida descremada. Ellos dicen
Un punto de partida teórico:
Notas extremadamente completas sobre fuentes de semiconductores ópticos : consulte la página 35 de 67 para conocer el ancho de banda de modulación LED. Más teórico de lo que querías PERO "prepara el escenario" para otro material.
Logros del mundo real:
De la referencia de Mark Rages Ronja
A través de la página de comunicaciones ópticas aéreas
Dice:
Más sobre las mismas personas
Ronja
Ellos dicen:
Ronja es un proyecto de tecnología libre para enlaces de datos ópticos confiables con un rango actual de 1,4 km y una velocidad de comunicación de 10Mbps full duplex.
Las aplicaciones de este dispositivo de red inalámbrica incluyen la red troncal de redes gratuitas, públicas y comunitarias, conectividad a Internet individual y corporativa, y también seguridad para el hogar y el edificio. La combinación de alta confiabilidad y disponibilidad es posible en combinación con dispositivos WiFi. El enlace de datos Twibright Ronja puede conectar en red las casas vecinas con acceso a través de Ethernet a través de la calle, resolver el problema de la última milla para los ISP o proporcionar una capa de enlace para redes de malla de vecindad rápidas.
Cómo modular un LED de fósforo blanco a aproximadamente 25 veces su ancho de banda no modificado.
Vale la pena echarle un vistazo: ¡ Esta "carta" de agosto de 2009 muestra lo rápido que puede presionar un LED blanco lento! .
Utilizan un LED blanco con respuesta de fósforo en el rango de pocos MHz, filtran el componente amarillo lento e igualan, para obtener un ancho de banda de modulación de 50 MHz, que permite activar / desactivar NRZ a 100 Mb / s.
Señalan que los 50 Mb / s logrados son 25 veces el ancho de banda sin filtrar y sin ecualizar.
Me pregunto, ¿por qué no usar un LED azul sin fósforo?
Algunos límites prácticos y un medio fácil de extenderlos:
Este resumen señala que los LED de InGaAsP son buenos para 300 Mbps a plena potencia si los habla bien (polarización de polarización inversa para cargar más rápido) y 200 Mbps si conduce sin polarización inversa.
Ellos dicen:
La aplicación de pulsos de polarización inversa en las transiciones de encendido-apagado aumentó la tasa de bits máxima de funcionamiento a plena potencia de los LED InGaAsP de longitud de onda larga de 200 a 300 Mbits / s al reducir el tiempo de caída de carga almacenado.
Aunque está diseñado principalmente para experimentos DS-4 sin retorno a cero (NRZ), la circuitería opera de 50 a 300 Mbits / s para el retorno a cero (RZ) o formato NRZ con patrones de palabras fijos o pseudoaleatorios.
Otra forma de llegar a la tasa de modulación máxima
Aquí hay una respuesta útil pero compacta a "Qué tan rápido es un LED" y vale la pena señalar que dicen 'aproximadamente 2 GHz de ancho de banda de modulación o aproximadamente 1 Gb / s' en comparación con los 300 Mb / s anteriores. Tenga en cuenta que para fines de ingeniería 300 ~~~ = 1000 :-)
Algunos sospechan ligeramente de afirmaciones del mundo real:
Tasas brutas creíbles.
Las tasas afectadas por la lluvia parecen "bastante buenas".
Aquí hay un "reclamo aéreo de 400 Mbps en varios kilómetros con LED:
MegaMantis: basado en LED,
400 Mbps en aire libre,
rango de varios km,
moderadamente inmune a la lluvia,
Walker.
Tomaría cualquier cosa técnica que estas personas dijeran (creo que la compañía ya no existe), pero Power Beat afirmó que la transmisión de 400 MB / s de spave abierto durante varios kilómetros con LED (no LASERS).
Gárgola para MegaMantis (el enlace óptico) y Powerbeat (la compañía) y Peter Witihera (el CEO y el principal hombre de ideas) para ver qué puede hacer con las afirmaciones.
Discusión de 2007 con enlaces rotos
Probablemente el mejor comentario técnico que vas a obtener
"Con un LED hoy es posible obtener hasta 400 Mbps en velocidad modulada", dice Witehira.
Y Witehira dice que el sistema de su compañía no se ve afectado por la lluvia y que puede ajustarse para la niebla.
“Puede superar eso si tiene una combinación de dos longitudes de onda diferentes en los extremos que puede obtener con luz: infrarrojo lejano y ultravioleta cercano, que es un azul profundo. Si tiene ambos funcionando a la vez, no tiene problemas con la niebla. Todavía puede tener un problema con el apagón ”, dijo.
Moverse por las esquinas, dijo Witehira, es solo una cuestión de hacer rebotar la luz sobre el vidrio o hacer una red de luces. Y las posibilidades de la línea de visión están creciendo: hace dieciocho meses, la tecnología de la compañía podía enviar datos a solo 3 metros; ahora puede abarcar 4 kilómetros. La línea de visión máxima en este momento es probablemente de 11 kilómetros, según la compañía.
Pero, precaución Will Robinson ...
fuente
A pesar de la condición de "sin fibra", esto puede ser útil independientemente de:
A lo largo de unos pocos metros, PUEDE salirse con la línea de pesca de plástico a velocidades de datos razonables y con suficiente potencia. Lo he visto usado por cientos de mm.
Usted puede, pero la fibra cruda de fibra óptica desnuda: es frágil y no es una opción sensata.
Puede comprar cables de conexión ópticos para sistemas "industriales". Estos pueden ser atractivos después de leer las especificaciones de rendimiento del cable de fibra óptica de audio estándar.
Tenga en cuenta que hay fibras multimodo y monomodo. Más de unos pocos metros, los primeros se encuentran muy de hecho.
Puede utilizar cables de conexión ópticos para sistemas de AV domésticos, altamente disponibles. Incluso puede obtenerlos como accesorios estándar de XBox y PS3.
Los conectores se conocen generalmente como "TOSLINK", en realidad un conector JIS F05.
Mucha información aquí {Wikipedia}, incluido el ancho de banda y el rango bastante pobres logrados.
Ellos dicen:
Los cables TOSLINK pueden fallar temporalmente o sufrir daños permanentes si se doblan firmemente. Su alta atenuación de la señal de luz limita su alcance efectivo a unos 6 metros (20 pies).
El ancho de banda puede ser de 10 MHz con fibra de cuarzo de alta pureza, pero de 5 a 6 MHz para un cable de plástico más barato. [5]
Un cable de audio de fibra óptica TOSLINK que se ilumina en un extremo Se pueden usar varios tipos de fibra para TOSLINK: fibra óptica de plástico de 1 mm de bajo costo, fibras ópticas de plástico de múltiples hilos de mayor calidad o fibras ópticas de vidrio de cuarzo, dependiendo del ancho de banda y la aplicación deseados.
Los cables TOSLINK generalmente están limitados a 5 metros de longitud, con un máximo técnico de 1 de 10 metros, para una transmisión confiable sin el uso de un amplificador de señal o un repetidor. Sin embargo, es muy común que las interfaces en la electrónica de consumo más reciente (receptores de satélite y PC con salidas ópticas) corran fácilmente más de 30 metros en cables TOSLINK incluso de bajo costo ($ 0.75 / m). Los transmisores TOSLINK funcionan a una longitud de onda óptica nominal de 650 nm (~ 461.2 THz).
Muchas de estas imágenes enlazan con páginas relevantes
Cable de datos óptico PS3.
Gama de cables ópticos PS3 con conectores TOSLINK
fuente
Sería útil saber qué tan alta frecuencia le interesa. Sé de sistemas basados en LED a 25 Mb / sy no me sorprendería si es posible 100 Mb / s más o menos. Ethernet de 10 Mb / s sobre fibra óptica usando transmisores LED fue una vez una configuración bastante común. Obtener las frecuencias de modulación más altas de un LED requeriría LED especialmente elegidos y circuitos de controlador especializados. Para obtener la velocidad de datos más alta, deberá buscar específicamente dispositivos de baja capacitancia.
Además, los sistemas con los que estoy familiarizado son sistemas de fibra óptica, no espacio libre. El espacio libre presenta problemas adicionales como la dispersión de múltiples rutas (por ejemplo, interferencia de la misma señal rebotada en las paredes o lo que sea) que podrían limitar el rendimiento general del sistema o requerir una mayor potencia del transmisor. También deberá considerar (o agregar ópticas para controlar) el ángulo de radiación de la salida de su LED.
La codificación Manchester es beneficiosa porque permite que circuitos bastante simples en el receptor recuperen el reloj del transmisor de la señal de datos. En un sistema de espacio libre también puede proporcionar los beneficios de una señal de "portadora" al permitir que el receptor distinga si alguna señal está realmente presente o no. Pero requiere que el transmisor cambie el doble de rápido que la velocidad de datos, por lo que probablemente no sea el mejor si está tratando de exprimir la velocidad de datos máxima de un LED dado.
Por cierto, la codificación a nivel de Manchester normalmente no se considera una función de software; es más probable que la realice un circuito digital dedicado.
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