бездротова

В
В 		В

Індивідуальні послуги

Стаття

  • Іспанська (pdf)
  • Стаття в XML
  • Посилання на статті
  • Як цитувати цю статтю
  • Автоматичний переклад
  • Надішліть статтю електронною поштою

Показники

  • Цитується SciELO
  • Доступ

Пов’язані посилання

  • Подібне в SciELO

Поділіться

Дослідження та розробка

версія В он-лайн В ISSN 2518-4431

Інв. та Des.В т.1В No.15В КочабамбаВ В 2015

СТАТТІ - ТЕХНІКА

БЕЗДРОТОВА ПЕРЕДАЧ СИГНАЛІВ через видимий спектр світла

БЕЗДРОТОВА ПЕРЕДАЧ СИГНАЛА ЧЕРЕЗ видимий світловий спектр

Альваро Ріва та Омар Ормачея

Центр оптичних та енергетичних досліджень(CIOE)
Болівійський приватний університет
[email protected]

(Отримано 20 травня 2015 року, прийнято до друку 3 червня 2015 року)

Ключові слова: Зв’язок видимого світла, електромагнітний спектр, радіочастота, світлодіод, пропускна здатність.

У цій статті представлена ​​бездротова система зв'язку видимого світла з максимальною пропускною здатністю 5 МГц (приблизно 80 Мбіт/с) і 15 сантиметрами відстані. Система дозволяє передавати аудіо- та відеосигнали бездротовим способом із звичайним світлодіодом (біле світло) .Світло, яке випромінює діод, знаходиться в межах видимого спектру світла (400-700 нм). У цьому спектральному діапазоні можна досягти потенційної пропускної здатності приблизно 322 ТГц, що набагато вище, ніж передача через радіочастотні електромагнітні хвилі (5 МГц для технології 3G). Ми встановили електронні компоненти на друкованій платі всередині рами для більш простого та зручного використання. Система працює з симетричною потужністю +9, -9 вольт. Остаточний дизайн складається з передавача та приймача для аудіо та відео. Система дозволяє змінювати інтенсивність світлодіодів, щоб збільшити або зменшити максимальну відстань передачі та регулювати коефіцієнт підсилення як передавача, так і приймача. Щоб забезпечити ефективну якість передачі відео, в передавачі та приймачі застосовується етап остаточного додавання та віднімання відповідно. Вартість розробленої системи на 80% нижча порівняно з комерційними системами, що базуються на зв'язку видимого світла.

Ключові слова: Зв'язок видимого світла, електромагнітний спектр, радіочастота, світлодіод, смуга пропускання.

1. ВСТУП

В даний час це факт передачі даних близько сотні Мбіт/с (Естер, Х. та ін. [1-3]), у таких сферах, як телекомунікації, дослідження, освіта, медицина, уряд тощо. Волоконна оптика є ефективним та ефективним рішенням для транспортування аудіо та відео та даних на великі відстані з великою пропускною здатністю (JC Knight. Та інші [4-6]), однак вона приносить деякі недоліки, такі як висока вартість, що представляє її установку або відсутність інфраструктури в різних місцях.

Для бездротових з'єднань з високою пропускною здатністю існує технологія 4G (мобільна телефонія), яка, згідно з Міжнародний мобільний телекомунікаційний зв'язок (IMT-Advanced), визначає пропускну здатність для цієї технології від 100 Мбіт/с в русі до 1 Гбіт/с у спокої [7].

2. КОМУНІКАЦІЯ ВИДИМОГО СВІТЛА (VLC)

Зв'язок видимого світла розроблений на основі світлодіодної лампочки як передавача. Цей пристрій зазвичай використовується для освітлення з використанням фіксованого значення струму. Однак, змінюючи силу струму, оптичний вихід, тобто інтенсивність освітлення, можна змінювати на надзвичайно високих швидкостях [15], 16]. Ця властивість використовується в базовій конфігурації VLC. Процедура проста, якщо світлодіод горить, це еквівалентно передачі a один Якщо, навпаки, світлодіод не горить, він буде передавати a нуль цифровий.

На малюнку 1 показаний виміряний спектр випромінювання типового джерела типу світлодіода [10], пік зліва відповідає випромінюванню самого світлодіода (синій світлодіод), а широкий пік праворуч відповідає випромінюванню люмінофора, елемент, яким легований світлодіод; спостерігаючи спектр випромінювання, що випромінюється, є освітлення, дуже близьке до білого світла.

Світлодіоди можна вмикати та вимикати на високих швидкостях, забезпечуючи хороші можливості для передачі даних. Отже, все, що потрібно, це деякі світлодіоди та контролер, який кодує дані, що передаються світлодіодами [17].

3.1 Рівні напруги

Амплітуда сигналу становить 1 Vpp, а його одиницею виміру є IRE, де 1 IRE дорівнює 7.143mVpp. Еквівалент 1 Vpp становить 140 IRE, а результуючий сигнал може коливатися від +100 IRE (+714,3 мВ) до -40 IRE (-285,7 мВ) [19].

3.2 Зона стирання (відбілювання)

Ця область відповідає за коригування робочих умов для відображення нового зображення і складається з декількох частин. Перший - це імпульс синхронізації, який повідомляє пристрою про перехід до наступної горизонтальної лінії; тоді у вас є сплеск кольорів, який встановлює опорну частоту для декодування кольорів (3,58 МГц у NTSC). За цей час екран чорний, оскільки рівні напруги нижче 0 IRE. У NTSC є рівень регулювання, який є еталоном для чорного кольору, який має фазовий зсув 7,5 IRE (54 мВ) над рівнем стирання [18].

3.3 Сигнал активної зони

У низькочастотних звукових сигналах толерантність до погіршення є широкою, оскільки якість звуку не показує відмінностей, якщо призначена смуга пропускання зменшується, тому в аналоговій телефонії потрібна смуга лише 4 кГц ширини [18]. З іншого боку у відеосистемах спотворення високих частот є критичним, оскільки візуальне сприйняття зображення має великий вплив на людське око. Наслідком недостатньої пропускної здатності є затемнення зображення та втрата деталей, що призводить до помітно нижчої роздільної здатності. При кольоровості насиченість обмежується нижчими значеннями на один і той же коефіцієнт для всіх кольорів, тому сильні кольори не відповідають фазі з м’якими кольорами (наприклад, червоний може розглядатися як рожевий).

Параметр посилення смуги пропускання повинен бути обраний відповідним чином, як правило, посилаючись на більш високі значення в межах очікуваних, для композитного аналогового відео коефіцієнт підсилення не менше 5 МГц вважається придатним, як показано на малюнку 3.

4. РОЗРОБКА СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗОЧНОГО СВІТЛА ДЛЯ ВІДЕОПЕРЕДАЧИ

На рисунку 4 ми розробили конструкцію передавача сигналу (відео на 4,5 МГц), в якому на другому етапі був реалізований операційний підсилювач LM318 з конфігурацією суматора, щоб додати безперервну напругу до вихідного сигналу, що надходить від відео програвача і, таким чином, запобігти вимкненню світлодіода в якийсь момент під час передачі композитного відеосигналу; з іншого боку, потенціометр був збільшений між виходом та інвертуючим входом підсилювача (перша ступінь), щоб змінювати опір і, отже, коефіцієнт підсилення підсилювача; нарешті, між виходом підсилювача другого ступеня та резистором, підключеним до землі, був встановлений світлодіод.

4.2 Конструкція бездротового приймача для видимого світла

На рисунку 6 показаний сигнал, який виникає в результаті додавання рівня напруги постійного струму до сигналу від пристрою відеопрогравача (рис. 6до), для його кондиціонування та передачі за допомогою світлодіода. Як вже згадувалося вище, ця напруга дозволяє зміщувати вихідний відеосигнал вище опорного рівня (рисb), тобто значення напруги, які набуває сигнал, завжди будуть більше 0 вольт, таким чином досягається, що значення напруги та струму, що надходять від світлодіода, є позитивними, тому світлодіод залишатиметься завжди ввімкнено, просто змінюючи інтенсивність освітлення.

На рисунку 7 ми бачимо сигнал, отриманий приймачем (фотодіодом), який генерує сигнал негативної напруги (рисунок 7до), нижче контрольного рівня. Необхідно кондиціонувати цей сигнал відповідно до вимог телевізора, для цього необхідно додати напругу постійного струму відносно опорного рівня (Рисунок 7b). щоб отримати згадані вимоги до сигналу.

4.3 Експериментальні випробування

В якості датчика прийому використовували кремнійфотодіод SD4552 зі спектральною реакцією від 400 до 1100 нм, з активною площею 0,25 "X 15". Елементи, що використовуються, показані на малюнку 8, обидва елементи мають низьку вартість і їх легко знайти на ринку.

Спочатку електронні схеми монтувались в макети, елементи випромінювання та прийому були розташовані на максимальній відстані 15 см, де ще можна було отримати хорошу якість передачі відео.

У таблиці 1 наведені основні значення та характеристики, отримані остаточним прототипом передачі сигналу видимим світлом.

Нарешті, проектування та конструкція плат друкованих плат (друкованих схем) була виконана для стабільного покриття, зменшуючи тим самим перешкоди та шум, спричинені макет та з'єднувальні кабелі (Рисунок 9).

На рисунку 10 - велика подібність між вхідним сигналом (рис. 10до) та вихідний сигнал (рис. 10b), це з необхідними регулюваннями амплітуди для кондиціонування сигналу для його оптичної передачі і знову при прийманні у фотодіоді, і відновлення того самого сигналу, щоб його можна було інтерпретувати і відображати на телевізорі.

5. ВИСНОВКИ

У цій роботі було можливо здійснити оптичну передачу (біле світло 400-700 нм) відео- та аудіосигналів на смузі пропускання 5 МГц (приблизно 80 Мбіт/с) з максимальною відстанню 15 см, використовуючи в якості випромінюючого елемента білий світлодіодний діод та кремнійфотодіод (SD4552) використовувались як приймаючий елемент, як комерційні, так і недорогі елементи. Ширина смуги, отримана в розробленій системі, дозволяла чітко передавати використовувані сигнали, в основному відеосигнал, який вимагає принаймні 2 МГц смуги пропускання.

Було розроблено дві схеми - передавач та аудіоприймач, які працюють з батареєю 9 вольт кожна, встигаючи передавати сигнали в смузі пропускання 500 кГц.

Було розроблено дві схеми - передавач і відеоприймач, які працюють з джерелом напруги +9 і - 9 вольт кожна, управляючи передачею сигналів в смузі частот 5 МГц.

Вбудована система на 80% нижча за вартістю порівняно з комерційними системами передачі видимого світла.

6. БІБЛІОГРАФІЯ

[1] Х. Естер. "Доступ до Інтернету та використання в контексті нових ЗМІ та суспільства Північно-Західного університету" Лондон, Таузенд Оукс, Каліфорнія та Нью-Делі, вип. 6, 2004, с. 137-143.

[2] К. Костас та співавт. В "На основі вимірювань." Плата за користування у зв'язку Мережі, вип. 48, 2000, с. 535-548.

[3] Г. Сасіде та К. Ясемін. "Використання соціальних мереж в освітньому контексті".Техніка та технологія, вип. 3, 2009, с. 127-131.

[4] Дж. Найт та ін. В "Суцільнокремнієве одномодове оптичне волокно з фотонно-кристалічною обшивкою." Оптичне суспільство Америки, вип. 22, стор. 484-485, 1997.

[5] Ю. Ямамото та Т. Кімура. "Когерентні системи передачі оптичних волокон".Квантова електроніка, журнал IEEE, вип. 17, стор. 919-935, 2003.

[6] М. Джон. В «Оптичні волокна для передачі, В» в Предметна категорія Інженерія. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Уайлі, т. В 7, 1999, с. 410-502.

[7] Y. Yang та співавт. В "Технології ретрансляції для мобільних систем, що вдосконалюють WiMax та LTE." Суспільство комунікацій IEEE, вип. 47, стор. 100-105, 2009.

[8] Ю. Танака та співавт. В "Система передачі даних видимого світла в приміщенні з використанням білих світлодіодних ліхтарів." IEICE Trans. Комун, вип. 86, с. 2440-2454, 2003.

[9] Т. Коміне та М. Накагава. В "Фундаментальний аналіз системи зв'язку видимого світла із використанням світлодіодного світла". IEEE Trans. Споживач. Електрон, вип. 50, стор. 100-107, 2004.

[10] Т. Коміне та співавт. "Адаптивна система вирівнювання для бездротового зв'язку з видимим світлом, що використовує безліч світлодіодних світлових приладів" IEEE Trans. Бездротові комунікації, вип. 8, В с. 892-900, 2009.

[11] Y. Yi та співавт. Внутрішні системи ідентифікації на основі світлодіодів, що використовують адаптивний еквалайзер MMSE для зменшення оптичної багатопроменевої дисперсії: матеріали Міжнародної конференції з конвергенції ІКТ, Вересень 2011, с. 95-100.

[12] Чен і З. Сяо-хуей. В "Коліматичне світлодіодне світло для рівномірного освітлення з рефлекторно-відбивною оптичною системою." Прикладна механіка та матеріали, вип. 543, с. 658-661, 2014.

[13] Д. Касун та співавт. В "Покращена комунікація видимого світла в приміщенні з еквалайзером зворотного зв'язку із рішеннями PAM та RLS" Iete Journal Of Research, вип. 59, В с. 672-678, 2013.

[14] Дж. Рані та співавт. «Li-Fi (Light Fidelity) - майбутня технологія бездротового зв'язку». Міжнародний журнал перспективних досліджень в галузі електротехніки, електроніки та приладобудування, вип. 4, № 4, стор. 2340-2343, 2015.

[15] Г. Панг. В "Зв'язок видимого світла для аудіосистем." Гонконг: транзакції IEEE щодо побутової електроніки, вип. 15, 2005, с. 236-245.

[16] О. Баунше та ін. В "Комунікаційна система видимого світла, що забезпечує потокове передавання даних із швидкістю 73 Мбіт/с, - процедури семінарів GLOBECOM (GC Wkshps), 2010 IEEE. Сессон-Севінь, Франція, січень 2011 р., С. 1042-1046.

[17] Ю. Пей. В "Характеристики світлодіодної модуляції в системі зв'язку видимого світла." Китай: журнал «Оптика та фотоніка», вип. 15, стор. 139-142, 2013.

[18] Б. Картер. Відеодизайн за допомогою високошвидкісних підсилювачів. Масачусетс: Техаський інструмент, 2005 (Додаткові аналогові програми, звіт про застосування SLOA057A).

[19] С. До Ки. В "Одночасна передача звукових та відеосигналів із використанням зв'язку видимого світла." Журнал EURASIP про бездротовий зв’язок та мережі, вип. 15, стор. 2536-98, 2013.

В Весь вміст цього журналу, крім випадків, коли він ідентифікований, перебуває під ліцензією Creative Commons