vezeték

В
В 		В

Testreszabott szolgáltatások

Cikk

  • Spanyol (pdf)
  • Cikk XML-ben
  • Cikk hivatkozások
  • Hogyan lehet idézni ezt a cikket
  • Automatikus fordítás
  • Cikk küldése e-mailben

Mutatók

  • Idézi SciELO
  • Hozzáférés

Kapcsolódó linkek

  • Hasonló a SciELO-ban

Részvény

Kutatás és Fejlesztés

verzióВ on-line ISSN 2518-4431

Inv. és Des.В vol.1В no.15В CochabambaВ 2015

CIKKEK - MÉRNÖK

A SZIGNÁLOK VEZETÉK NÉLKÜLI ÁTVITELE A LÁTHATÓ FÉNYSPEKTRUMON keresztül

VEZETÉK NÉLKÜLI SZIGNÁLIS ÁTVITEL LÁTHATÓ FÉNYSPEKTRUMON keresztül

Alvaro Riva és Omar Ormachea

Optikai és Energetikai Kutatóközpont(CIOE)
Bolíviai Magánegyetem
[email protected]

(2015. május 20-án érkezett, elfogadásra került 2015. június 3-án)

Kulcsszavak: Látható fénykommunikáció, elektromágneses spektrum, rádiófrekvencia, LED, sávszélesség.

Ez a cikk egy vezeték nélküli látható fény kommunikációs rendszert mutat be, amelynek maximális sávszélessége 5 MHz (kb. 80 Mbps) és 15 centiméter távolság. A rendszer lehetővé teszi az audio és video jelek vezeték nélküli továbbítását egy hagyományos LED-del (fehér fény) .A dióda által kibocsátott fény a látható fényspektrumon belül van (400-700 nm.). Ebben a spektrális tartományban elérhető a kb. 322THz potenciális sávszélesség, amely sokkal nagyobb, mint a rádiófrekvenciás elektromágneses hullámokon keresztül történő átvitel (5 MHz a 3G technológia esetében). Az elektronikus alkatrészeket egy keretbe épített áramköri lapra telepítettük az egyszerűbb és könnyebb használat érdekében. A rendszer szimmetrikus +9, -9 voltos energiával működik. A végleges kialakítás egy adóból és egy vevőből áll, amely audio és video. A rendszer lehetővé teszi a LED-intenzitás változtatását a maximális átviteli távolság növelése vagy csökkentése, valamint az adó és a vevő erősítésének szabályozása érdekében. A hatékony videoátviteli minőség érdekében az adóban és a vevőben végső összeadási és kivonási lépést alkalmaznak. A kifejlesztett rendszer költségei 80% -kal alacsonyabbak, mint a látható fény kommunikációján alapuló kereskedelmi rendszerek.

Kulcsszavak: Látható fénykommunikáció, elektromágneses spektrum, rádiófrekvencia, LED, sávszélesség.

1. BEMUTATKOZÁS

Jelenleg tény, hogy több száz Mb/s nagyságrendű adattovábbításra kerül sor (Eszter, H. és mások. [1-3]), olyan területeken, mint a telekommunikáció, a kutatás, az oktatás, az orvostudomány, a kormányzat stb. Az optikai száloptika hatékony és hatékony megoldás nagy sávszélességű audio és video és adatok nagy távolságokra történő szállítására (JC Knight. És mások [4-6]), azonban bizonyos hátrányokkal jár, például a magas költségek, amelyek a telepítését jelentik vagy az infrastruktúra hiánya a különböző helyeken.

A nagy sávszélességű vezeték nélküli kapcsolatokhoz létezik 4G technológia (mobiltelefon), amely a Nemzetközi mobil távközlés - haladó (IMT - haladó), meghatározza ennek a technológiának a sávszélességét mozgásban lévő 100 Mbps és nyugalmi állapotban 1 Gbps között [7].

2. LÁTHATÓ FÉNYKÖZLÉS (VLC)

A látható fény kommunikációját egy LED izzó, mint adó továbbítja. Ezt az eszközt általában világításra használják, rögzített áramerősség mellett. Az áram változtatásával azonban az optikai kimenet, vagyis a megvilágítás intenzitása rendkívül nagy sebességgel változtatható [15], 16]. Ezt a tulajdonságot a VLC alapkonfigurációjában használják. Az eljárás egyszerű, ha a LED világít, akkor egyenértékű az a átvitelével egy Ha éppen ellenkezőleg, a LED nem világít, akkor a nulla digitális.

Az 1. ábra egy tipikus LED típusú forrás [10] mért emissziós spektrumát mutatja, a bal oldali csúcs megfelel magának a LED-nek (kék LED), a jobb oldali széles csúcs pedig a foszfor emissziójának, elem, amellyel a LED adalékolt; megfigyelve a keletkező emissziós spektrumot, a fehér fényhez nagyon közel van egy megvilágítás.

A LED-ek nagy sebességgel be- és kikapcsolhatók, jó lehetőségeket biztosítva az adatok továbbítására. Ezért csak néhány LED-re és egy vezérlőre van szükség, amely kódolja a LED-ek által továbbítandó adatokat [17].

3.1 Feszültségszintek

A jel amplitúdója 1 Vpp, mértékegysége pedig az IRE, ahol 1 IRE értéke 7.143mVpp. Az 1 Vpp-nak megfelelő 140 IRE és az eredményül kapott jel +100 IRE (+ 714,3 mV) és -40 IRE (-285,7 mV) között változhat [19].

3.2 Törlő (vakító) zóna

Ez a terület felelős a működési feltételek új kép megjelenítéséért történő beállításáért, és több részből áll. Az első a szinkronimpulzus, amely megmondja az eszköznek, hogy lépjen a következő vízszintes vonalra; akkor megvan a színsorozat, amely meghatározza a szín dekódolásához szükséges referencia frekvenciát (3,58 MHz NTSC-ben). Ez idő alatt a képernyő fekete, mert a feszültségszint 0 IRE alatt van. Az NTSC-ben van egy beállítási szint, amely a fekete szín referenciája, amelynek fáziseltolódása 7,5 IRE (54 mV) a törlési szint felett [18].

3.3 Aktív jelzóna

Alacsony frekvenciájú audiojelekben a lebomlási tűrés széles, mivel a hangminőség nem mutat különbséget, ha a hozzárendelt sávszélességet csökkentik, ezért az analóg telefonálásban csak 4 kHz szélességre van szükség [18]., a videórendszerekben a nagy frekvenciák torzítása kritikus, mivel a kép vizuális érzékelése nagy hatással van az emberi szemre. A nem megfelelő sávszélesség következtében a kép elsötétül és a részletek elvesznek, ami észrevehetően alacsonyabb felbontást eredményez. A színárnyalatban a telítettség az alacsonyabb értékekre korlátozódik, ugyanazon tényezővel, az összes szín esetében, így az erős színek fázison kívül vannak, lágy színekkel (pl.

A sávszélesség-erősítési paramétert megfelelően kell megválasztani, általában a várható értéken belüli magasabb értékekre hivatkozva, az összetett analóg videó esetén legalább 5 MHz erősítést tartanak megfelelőnek, amint azt a 3. ábra mutatja.

4. LÁTHATÓ FÉNYKÖZLÉSI RENDSZER FEJLESZTÉSE A VIDEÓ továbbításához

A 4. ábrán megalkotottuk azt a jeladót (4,5 MHz-es videó), amelyben egy LM318 műveleti erősítőt építettek be egy második szakaszban, a kiegészítők konfigurációjával annak érdekében, hogy folyamatos feszültséget adjunk a videóból érkező eredeti jelhez lejátszót, és ily módon megakadályozza a fénykibocsátó dióda kikapcsolását az összetett videojel továbbítása során; másrészt az erősítő kimenete és invertáló bemenete között megnövelték a potenciométert (első fokozat), annak érdekében, hogy változtassák az erősítő ellenállását és ezért az erősítő erősítését; végül egy LED-et szereltek a második fokozatú erősítő kimenete és a földre kapcsolt ellenállás közé.

4.2 A vezeték nélküli vevő kialakítása a látható fény érdekében

A 6. Ábra azt a jelet mutatja, amely egyenáramú feszültségszint hozzáadásával jön létre a videolejátszó eszköz jeléhez (6nak nek), kondicionálására és fénykibocsátó dióda útján történő továbbítására. Mint fent említettük, ez a feszültség lehetővé teszi az eredeti videojel eltolását a referenciaszint felett (6. ábra)b), vagyis a jel által megszerzett feszültségértékek mindig nagyobbak lesznek, mint 0 volt, ily módon elérjük, hogy a fénykibocsátó dióda által kapott feszültség- és áramértékek pozitívak legyenek, ezért a LED továbbra is mindig be van kapcsolva, egyszerűen változtatva a megvilágítás intenzitását.

A 7. ábrán láthatjuk a vevő (fotodióda) által kapott jelet, amely negatív feszültség jelet generál (7. ábranak nek), a referenciaszint alatt. Ezt a jelet a televízió követelményeinek megfelelően kell kondicionálni, ehhez hozzá kell adni egy egyenfeszültséget a referenciaszinthez képest (7. ábrab). hogy megkapja az említett jeligényeket.

4.3 Kísérleti tesztek

Szilícium SD4552 fotodiódát használtunk vételi érzékelőként, spektrális válasza 400 és 1100 nm között, aktív területe 0,25 "X 15". A felhasznált elemeket a 8. ábra mutatja, mindkét elem olcsó és könnyen megtalálható a piacon.

Kezdetben az elektronikus áramköröket beépítették kenyérdeszkák, az emisszió és a vétel elemei legfeljebb 15 cm távolságra voltak elrendezve, ahol még mindig jó minőségű videoátvitelt lehetett elérni.

Az 1. táblázat a látható fény által történő jelátvitel végső prototípusával kapott főbb értékeket és jellemzőket mutatja.

Végül a nyomtatott áramköri lapok (nyomtatott áramkörök) tervezését és kivitelezését úgy végezték el, hogy stabil legyen a felület, ezáltal csökkentve a kenyérdeszka és a csatlakozókábelek (9. ábra).

A 10. Ábrán a bemenő jel nagy hasonlósága (10. Ábra)nak nek) és a kimeneti jel (10. ábra)b), ez szükséges amplitúdó-beállításokkal a jel optikai átvitele és a fotodióda vételében történő kondicionálásához, és ugyanazt a jelet úgy állítja helyre, hogy a televízióban értelmezhető és megjeleníthető legyen.

5. KÖVETKEZTETÉSEK

Jelen munkában lehetőség volt optikai (fehér fény 400-700 nm) video- és audiojel továbbítására 5 MHz (kb. 80 Mbps) sávszélesség mellett, maximum 15 cm távolsággal, emittáló elemként felhasználva fehér LED diódát és szilícium fotodiódát (SD4552) használtak vevőelemként, mind kereskedelmi, mind olcsó elemként. A kifejlesztett rendszerben elért sávszélesség lehetővé tette az alkalmazott jelek, alapvetően a legalább 2 MHz sávszélességet igénylő videojel átadását.

Két áramkört fejlesztettek ki: egy adót és egy audio vevőt, amelyek egyenként 9 voltos akkumulátorral működnek, és képesek jeleket továbbítani 500 KHz sávszélességben.

Két áramkört fejlesztettek ki, egy távadót és egy video-vevőt, amelyek +9 és - 9 voltos feszültségforrással működnek, és képesek jeleket továbbítani 5 MHz-es sávszélességben.

Az épített rendszer költsége 80% -kal alacsonyabb, mint a kereskedelmi forgalomban kapható látható fényjelátviteli rendszereké.

6. BIBLIOGRÁFIA

[1] H. Eszter. "Internetelérés és az Északnyugati Egyetem új média és társadalom kontextusában történő használata." London, Thousand Oaks, Kalifornia és Újdelhi, köt. 2004., 6., pp. 137-143.

[2] C. Costas és mtsai. "Mérésalapú." Használati díjak a kommunikációban Networks, vol. 48, 2000, pp. 535-548.

[3] G. Sacide és K. Yasemin. "A szociális hálózatok használata oktatási kontextusban."Mérnöki és technológiai, köt. 3., 2009, pp. 127-131.

[4] J.C. Knight et al. "Minden szilícium-dioxidból álló egymódú optikai szál fotonikus kristály burkolattal." Amerika optikai társadalma, köt. 22., pp. 484-485, 1997.

[5] Y. Yamamoto és T. Kimura. „Koherens optikai szálátviteli rendszerek.”Quantum Electronics, IEEE Journal, köt. 17, pp. 919-935, 2003.

[6] M. John. В „Optikai szálak átvitelre, В” in Tantárgy kategória Mérnöki munka. New York, NY: Wiley, 1999. év, 7. kötet, pp. 410-502.

[7] Y. Yang és mtsai. "Relé technológiák WiMax és LTE-fejlett mobil rendszerek számára." IEEE Kommunikációs Társaság, köt. 47. o. 100-105, 2009.

[8] Y. Tanaka és mtsai. "Beltéri látható fény adatátviteli rendszer fehér LED-es lámpák felhasználásával." IEICE Trans. Commun, köt. 86. o. 2440-2454, 2003.

[9] T. Komine és M. Nakagawa. "A LED-es fényt használó látható fényű kommunikációs rendszer alapvető elemzése." IEEE Trans. Fogyasztás. Elektron, köt. 50, pp. 100-107, 2004.

[10] T. Komine és mtsai. "Adaptív kiegyenlítő rendszer a látható fényű vezeték nélküli kommunikációhoz, több fehér LED-es világító berendezés használatával." IEEE Trans. Vezeték nélküli kommunikáció, köt. 8., В pp. 892-900, 2009.

[11] Y. Yi és mtsai. Beltéri LED-alapú azonosító rendszerek, amelyek adaptív MMSE-kiegyenlítőt használnak az optikai többutas diszperzió csökkentésére: az ICT Konvergencia Nemzetközi Konferencia előadásai, 2011. szeptember, pp. 95-100.

[12] C. Chen és Z. Hsziao-hui. "A LED-es fény összevonása az egyenletes megvilágításra fénytörő-fényvisszaverő optikai rendszerrel." Alkalmazott mechanika és anyagok, köt. 543, pp. 658-661, 2014.

[13] D. Kasun és mtsai. В "Javított beltéri láthatósági fénykommunikáció a PAM és az RLS döntési visszajelzés-kiegyenlítővel." Iete Journal Of Research, köt. 59., В pp. 672-678, 2013.

[14] J. Rani és mtsai. "Li-Fi (Light Fidelity) - A vezeték nélküli kommunikáció jövőbeli technológiája." International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation, köt. 4. sz. 4, pp. 2340-2343, 2015.

[15] G. Pang. "Látható fény kommunikáció audio rendszerek számára." Hong Kong: IEEE tranzakciók a fogyasztói elektronikával kapcsolatban, köt. 2005. 15., pp. 236-245.

[16] O. Bounchet et al. В "Látható fényű kommunikációs rendszer, amely 73 Mb/s adatfolyamot tesz lehetővé, a GLOBECOM Műhelyek (GC Wkshps) folyamatai), 2010 IEEE. Cesson-Sevigne, Franciaország, 2011. január, pp. 1042-1046.

[17] Y. Pei. "Led modulációs jellemzők a látható fény kommunikációs rendszerében." Kína: Optics and Photonics Journal, köt. 15, pp. 139-142, 2013.

[18] B. Carter. Videótervezés nagy sebességű erősítők segítségével. Masachusets: Texas instrument, 2005 (Advanced Analog Applications, SLOA057A alkalmazási jelentés).

[19] S. Do Ky. "Audio és video jelek egyidejű továbbítása látható fény kommunikációval." EURASIP folyóirat a vezeték nélküli kommunikációról és a hálózatról, köt. 15, pp. 2536-98, 2013.

В A folyóirat minden tartalma, kivéve, ha azonosítják, a Creative Commons Licenc alatt áll