Menggunakan LED untuk mengirimkan data

Saya ingin tahu tentang kemungkinan yang ditawarkan oleh LED untuk mengirimkan data dalam jarak pendek (2 atau 3 meter), dan berapa kecepatan transmisi data maksimum yang dapat diharapkan dari komponen yang dipilih dengan hati-hati, tetapi tingkat konsumen. Saya tertarik dengan solusi perangkat lunak + perangkat lunak "pintar" (mikro-pengendali) minimal.

Jadi saya melihat ini sebagai masalah desain dua bagian:

1. Lapisan "media fisik" (perangkat keras): apakah pilihan yang baik untuk LED dan penerima (phototransistor?) Untuk pensinyalan frekuensi tinggi? Sirkuit mengemudi seperti apa yang harus saya gunakan?
2. Lapisan "pengkodean sinyal" (perangkat lunak): apakah protokol di sepanjang garis kode Manchester menjadi efisien? Atau protokol penyandian lainnya lebih efisien untuk media ini?

Hal-hal yang saya tolak: Saya tahu tentang modul IR5 yang tidak mahal dan kuat, tetapi tidak dirancang untuk transmisi data yang cepat. Saya juga mengerti bahwa menggunakan cahaya yang koheren (dioda laser) dapat memberikan bandwidth yang lebih baik. Juga, tidak ada serat optik: data akan dikirim melalui udara.

Memperbarui:

Motivasi untuk pengaturan ini akan menjadi sebagai alternatif untuk komunikasi saluran listrik (PLC) atau Wifi; jadi bandwidth dalam kisaran 25 hingga 100Mb / s akan membantu. Ini juga menjelaskan batasan "tanpa serat", tetapi beberapa reflektor minimal dapat diterima.

Mengingat jarak "di seberang ruangan" yang saya pertimbangkan, saya pikir solusi yang kuat / terfokus seperti Ronja mungkin berlebihan (mereka sebenarnya memiliki " jarak minimal " yang jauh lebih tinggi ).

Mempertimbangkan bagian perangkat keras: Anda positif dengan bandwidth tinggi yang dapat saya peroleh dengan LED "non phospor" yang tepat. Apakah beberapa warna lebih baik dari yang lain dalam hal ini? Apa yang harus saya cari dalam lembar data untuk memastikan mereka memiliki karakteristik ini?

Mempertimbangkan pengkodean: apa yang lebih baik dari Manchester untuk penggunaan ini? Sesuatu yang lebih efisien bandwidth seperti varian RLL ? Saya lebih dari seorang programmer daripada orang elektronik, jadi saya lebih nyaman dengan pengkodean / decoding perangkat lunak; tetapi apakah beberapa IC membantu saya dengan decoding (yang, seperti yang saya pahami, adalah bagian yang sulit)? Haruskah saya mempertimbangkan beberapa pra-penyaringan sinyal sebelum decoding, mungkin dengan memanfaatkan karakteristik frekuensi dari protokol enkode?

Hasil yang diinginkan 1

Detail yang cukup lengkap untuk membangun satu dari 160 Mbps di 1 meter udara bebas LED ke PIN dioda tautan di sini

Tautan Komunikasi Ruang Bebas Optik Menggunakan LED
ECE 4007 Proyek Desain Senior Bagian L01, Grup FSO Adam Swett Clayton Huff Trang Thai Nguyen Trinh
1 Mei 2008

Penerima:

Kirim sirkuit TETAPI lihat teks:

Melalui buku pegangan komunikasi optik udara. Dikutip di atas.
Format yang menjengkelkan.
Sini

Saya awalnya berkata:

• Menggunakan LED non-fosfor, saya perkirakan 10 hingga 100 'Mbps dimungkinkan, dengan yang diterima menjadi faktor pembatas utama, diikuti oleh kesulitan memodulasi LED dengan rapi pada kecepatan seperti itu.

Ternyata ini tentang benar :-).

Laporan dunia nyata menunjukkan tingkat 100 Mbps dapat dicapai dengan LED fosfor putih menggunakan metode relatif sederhana - terutama penyaringan dan pemerataan, untuk kenaikan sekitar 25x lipat dari laju "di luar kotak" sekitar 4 Mbps untuk LED fosfor putih. Jadi - transmisi udara bebas dunia nyata:

• White Phosphor LED sebagaimana disediakan - sekitar 4 Mbps

• White Phosphor LED dengan sihir yang tidak terlalu keras - 100 Mbps

• LED digerakkan dengan NRZ DC - 200 Mbps

• LED dengan NRZ rendah negatif untuk menyapu muatan - 300 Mbps

• Batas teoritis LED mendorong "hukum fisika" - 1 - 2 Gbps

Penerima

Cukup bagi besok adalah kejahatannya.

Penerima dioda PIN.
Baca catatan aplikasi.
Bermain.

Diskusi luar biasa tentang masalah daya untuk komunikasi IR di peralatan daya / baterai rendah. Tampak luar biasa pada skim cepat. Mereka bilang

• Penggunaan cahaya inframerah (IR) sebagai sarana komunikasi nirkabel antara komputer, peripheral komputer, kamera digital, dan produk konsumen lainnya telah mendapat penerimaan luas dalam beberapa tahun terakhir. Hal ini terutama disebabkan oleh rendahnya biaya implementasi solusi IR berbeda dengan implementasi berbasis radio. Meningkatnya tekanan untuk menghasilkan produk konsumen berdaya rendah dan berkecepatan tinggi di arena ini, bagaimanapun, membuat implementasi pemancar-penerima inframerah, yang merupakan pemancar dan penerima yang terintegrasi, lebih menantang. Artikel ini akan membahas beberapa masalah teknis utama yang perlu dipertimbangkan ketika merancang transceiver IR.

Titik awal teoritis:

Catatan yang sangat komprehensif tentang sumber semikonduktor optik - lihat halaman 35 dari 67 untuk bandwidth modulasi LED. Lebih teoretis daripada yang Anda inginkan TETAPI "mengatur panggung" untuk materi lain.

Prestasi dunia nyata:

Dari referensi Mark Rages Ronja

Melalui halaman com optik udara

Ia mengatakan:

• Halaman ini membahas komunikasi optik atmosfer (melalui udara) jarak jauh ("lightbeam") dari berbagai jenis menggunakan sumber cahaya yang koheren dan non-koheren, metode mitigasi efek atmosfer pada komunikasi tersebut, serta berbagai teknologi yang terlibat dalam transmisi dan menerima komunikasi semacam itu. Mayoritas konten pada halaman ini diproduksi oleh penghobi mandiri yang didanai sendiri yang telah mengambil tantangan untuk memajukan keadaan seni di bidang yang agak misterius ini.)

Lebih banyak tentang orang yang sama

Ronja

Mereka bilang:

• Ronja adalah proyek teknologi gratis untuk tautan data optik yang andal dengan jangkauan 1,4 km saat ini dan kecepatan komunikasi dupleks penuh 10Mbps.

  Aplikasi perangkat jaringan nirkabel ini termasuk tulang punggung jaringan gratis, publik, dan komunitas, konektivitas Internet individu dan korporat, dan juga keamanan rumah dan bangunan. Keandalan tinggi dan ketersediaan tautan dimungkinkan bersama dengan perangkat WiFi. Datalink Twibright Ronja dapat membuat jaringan rumah tetangga dengan akses ethernet lintas-jalan, memecahkan masalah last mile untuk ISP, atau menyediakan lapisan tautan untuk jaringan mesh lingkungan yang cepat.

Cara memodulasi LED fosfor putih sekitar 25 x itu bandwidth yang tidak dimodifikasi.

Layak dilihat: "Surat" Agustus 2009 ini menunjukkan seberapa cepat Anda dapat menekan LED putih yang lambat !!! .
Mereka menggunakan LED putih dengan respons fosfor dalam kisaran beberapa MHz, menyaring komponen kuning lambat dan menyamakan, untuk mendapatkan bandwidth modulasi 50 MHz, yang memungkinkan NRZ on / off pada 100 Mb / s.

Mereka mencatat bahwa 50 Mb / s yang dicapai adalah 25x bandwidth tanpa filter yang tidak setara.

Saya ingin tahu, mengapa tidak menggunakan LED biru tanpa fosfor?

Beberapa batasan praktis dan cara mudah untuk memperpanjangnya:

Catatan abstrak ini menyatakan bahwa InGaAsP LEDS bagus untuk 300 Mbps pada daya penuh jika Anda berbicara dengan baik (reverse bias off pulsing untuk menyapu keluar lebih cepat) dan 200 Mbps jika Anda mengemudi dengan bias non reverse.
Mereka bilang:

• Penerapan pulsa bias balik pada transisi on-off meningkatkan laju bit maksimum dari operasi daya penuh panjang gelombang panjang InGaAsP LED dari 200 hingga 300 Mbits / s dengan mengurangi waktu jatuh muatan yang disimpan.

  Meskipun dirancang terutama untuk eksperimen DS-4 nonreturn to zero (NRZ), sirkuit beroperasi dari 50 hingga 300 Mbits / detik untuk format kembali ke nol (RZ) atau NRZ dengan pola kata tetap atau pseudo-acak.

Cara lain untuk mencapai tingkat modulasi maksimal

Berikut ini adalah jawaban yang berguna namun ringkas untuk "Seberapa cepat LED" dan perlu dicatat bahwa mereka mengatakan 'sekitar 2 GHz bandwidth modulasi atau sekitar 1 Gb / s' dibandingkan dengan 300 Mb / s di atas. Perhatikan bahwa untuk tujuan rekayasa 300 ~~~ = 1000 :-)

Beberapa dengan cerdik mencurigai klaim dunia nyata:

Harga mentah dapat dipercaya.
Tingkat terkena hujan tampaknya "agak baik".

Ini adalah "melalui klaim udara 400 Mbps selama beberapa kilometer menggunakan LED:

Berbasis MegaMantis - LED,
400 Mbps di udara bebas,
jangkauan beberapa km,
cukup tahan hujan,
Walker.

Saya akan mengambil apa pun teknis yang dikatakan orang-orang ini (menurut saya perusahaan sekarang sudah tidak berfungsi) tetapi Power Beat mengklaim 400 Mbps transmisi transmisi terbuka selama beberapa kilometer menggunakan LED (bukan LASERS).

Gargoyle untuk MegaMantis (tautan optik) dan Powerbeat (perusahaan) dan Peter Witihera (CEO dan orang-orang ide utama) untuk melihat apa yang dapat Anda buat dari klaim.

Diskusi 2007 dengan tautan yang terputus

Mungkin komentar teknis terbaik yang akan Anda dapatkan

• "Dengan satu LED hari ini, dimungkinkan untuk mendapatkan kecepatan hingga 400 Mbps," kata Witehira.

  Dan Witehira mengatakan sistem perusahaannya tidak terpengaruh oleh hujan, dan dapat disesuaikan dengan kabut.

  "Anda dapat mengatasinya dengan memiliki kombinasi dua panjang gelombang berbeda pada ekstrem yang bisa Anda dapatkan dengan cahaya - inframerah jauh dan ultraviolet dekat, yang berwarna biru tua. Jika Anda menjalankan keduanya sekaligus, Anda tidak memiliki masalah dengan kabut. Anda mungkin masih memiliki masalah dengan pemutihan, ”katanya.

  Berkeliling di sudut-sudut, kata Witehira, hanyalah masalah memantulkan cahaya dari kaca atau dengan membuat jaringan lampu. Dan kemungkinan garis pandang semakin berkembang: Delapan belas bulan lalu, teknologi perusahaan dapat mengirim data hanya 3 meter; sekarang bisa menjangkau 4 kilometer. Garis pandang maksimum saat ini mungkin 11 kilometer, menurut perusahaan.

Tapi, hati-hati Will Robinson ...

Meskipun ada ketentuan "tidak ada serat", ini mungkin berguna terlepas dari:

Lebih dari beberapa meter Anda DAPAT lolos dengan pancing plastik dengan kecepatan data yang masuk akal dan dengan daya yang cukup. Saya pernah melihatnya digunakan untuk 100-an mm.

Anda bisa tetapi serat mentah mentah serat telanjang - itu rapuh dan bukan pilihan yang masuk akal.

Anda dapat membeli kabel patch optik untuk sistem "industri". Ini mungkin menarik setelah Anda membaca spesifikasi kinerja untuk kabel serat optik audio std.

Perhatikan ada serat multimode dan mode tunggal. Lebih dari beberapa meter yang pertama memang sangat ditemukan.

Anda dapat tetapi menghubungkan kabel optik untuk sistem AV domestik - sangat tersedia. Anda bahkan bisa mendapatkannya sebagai aksesori XBox dan PS3 standar.

Konektor umumnya dikenal sebagai "TOSLINK" - sebenarnya konektor JIS F05.

Banyak info di sini {Wikipedia} termasuk bandwidth dan jangkauan yang buruk.
Mereka bilang:

• Kabel TOSLINK sementara dapat gagal atau rusak secara permanen jika ditekuk dengan erat. Atenuasi sinyal cahaya tinggi membatasi jangkauan efektifnya hingga sekitar 6 meter (20 kaki).

  Bandwidth bisa 10 MHz dengan serat kuarsa dengan kemurnian tinggi, tetapi 5 hingga 6 MHz untuk kabel plastik yang lebih murah. [5]

  Kabel audio serat optik TOSLINK sedang menyala di satu sisi. Beberapa jenis serat dapat digunakan untuk TOSLINK: serat optik plastik 1 mm yang murah, serat optik plastik multi-merk berkualitas tinggi, atau serat optik kaca kuarsa, tergantung pada bandwidth dan aplikasi yang diinginkan.

  Kabel TOSLINK biasanya terbatas pada panjang 5 meter, dengan maksimum teknis 1 dari 10 meter, untuk transmisi yang andal tanpa menggunakan penguat sinyal atau repeater. Namun, sangat umum untuk antarmuka pada elektronik konsumen yang lebih baru (penerima satelit dan PC dengan output optik) dengan mudah berjalan lebih dari 30 meter pada kabel TOSLINK yang bahkan lebih murah ($ 0,75 / m). Pemancar TOSLINK beroperasi pada panjang gelombang optik nominal 650 nm (~ 461,2 THz).

Banyak dari gambar ini terhubung ke halaman yang relevan

Kabel data optik PS3.

Rentang kabel optik PS3 dengan konektor TOSLINK

Akan sangat membantu untuk mengetahui seberapa tinggi frekuensi Anda tertarik. Saya tahu sistem berbasis LED di 25 Mb / s dan tidak akan terkejut jika 100 Mb / s adalah mungkin. Ethernet 10 Mb / s melalui serat optik menggunakan pemancar LED pernah menjadi konfigurasi yang cukup umum. Untuk mendapatkan frekuensi modulasi tertinggi dari LED akan membutuhkan LED yang dipilih secara khusus dan sirkuit driver khusus. Untuk mendapatkan kecepatan data tertinggi, Anda harus secara khusus mencari perangkat berkapasitas rendah.

Juga, sistem yang saya kenal adalah sistem serat optik, bukan ruang bebas. Ruang bebas menimbulkan masalah tambahan seperti dispersi multi-jalur (mis. Gangguan dari sinyal yang sama memantul dari dinding atau apa pun) yang dapat membatasi kinerja sistem secara keseluruhan atau membutuhkan daya pemancar yang lebih tinggi. Anda juga perlu mempertimbangkan (atau menambahkan optik untuk mengontrol) sudut radiasi output dari LED Anda.

Pengkodean Manchester bermanfaat karena memungkinkan rangkaian yang cukup sederhana di penerima untuk memulihkan jam pemancar dari sinyal data. Dalam sistem ruang bebas, ia juga dapat memberikan manfaat sinyal "pembawa" dalam memungkinkan penerima membedakan apakah ada sinyal atau tidak. Tapi itu membutuhkan pemancar untuk beralih dua kali lebih cepat dari kecepatan data, jadi kemungkinan bukan yang terbaik jika Anda mencoba untuk memeras kecepatan data maksimum dari LED yang diberikan.

Kebetulan, pengkodean di tingkat Manchester biasanya tidak dianggap sebagai fungsi perangkat lunak - lebih mungkin dilakukan oleh sirkuit digital khusus.