LEDを使用してデータを送信する

LEDが短距離（2メートルまたは3メートル）でデータを送信する可能性、および慎重に選択された消費者グレードのコンポーネントから期待できる最大データ転送速度について知りたいです。最小限のハードウェア+ "スマート"（マイクロコントローラー）ソフトウェアソリューションに興味があります。

したがって、これは2つの部分からなる設計上の問題であると考えています。

1. 「物理媒体」（ハードウェア）レイヤー：高周波信号用のLEDとレシーバー（フォトトランジスター）の良い選択は何でしょうか？どのような駆動回路を使用すればよいですか？
2. 「信号エンコーディング」（ソフトウェア）レイヤー：マンチェスターコードに沿ったプロトコルは効率的ですか？または、このメディアでは他のエンコーディングプロトコルの方が効率的ですか？

私が除外していること：私は安価で堅牢なIR5モジュールについて知っていますが、それらは高速データ伝送用に設計されていません。また、コヒーレント光（レーザーダイオード）を使用すると、帯域幅が向上することも理解しています。また、光ファイバーはありません。データは空中で送信されます。

更新：

このセットアップの動機は、電力線通信（PLC）またはWifiの代替となるでしょう。そのため、25〜100Mb / sの範囲の帯域幅でうまくいきます。これは「ファイバーなし」の制約も説明しますが、最小限のリフレクターで十分です。

私が検討している「部屋を横切る」距離を考えると、Ronjaのような強力で厳密に焦点を当てたソリューションはやりすぎかもしれません（実際には「最小距離」がはるかに大きい）。

ハードウェアの部分を考慮してください。適切な「非phospor」LEDで私が達成できる高帯域幅で肯定的です。この点で一部の色は他の色よりも優れていますか？データシートにこの特性があることを確認するには何を探す必要がありますか？

エンコーディングを考えると、この使用法ではマンチェスターよりも優れているものは何ですか？RLLバリアントなど、帯域幅効率の良いものはありますか？私は電子工学者というよりプログラマーであるので、ソフトウェアのエンコード/デコードに慣れています。しかし、一部のICはデコードに役立ちますか（私が理解しているように、これは難しい部分です）。おそらくエンコードプロトコルの周波数特性を利用して、デコード前に信号の事前フィルタリングを検討する必要がありますか？

望みの結果1位

1メートルの160 Mbpsの空中LEDからPINダイオードへのリンクをここに構築するのに十分な詳細

LEDを使用した自由空間光通信リンク
ECE 4007シニアデザインプロジェクトセクションL01、FSOグループAdam Swett Clayton Huff Trang Thai Nguyen Trinh
2008年5月1日

レシーバー：

送信回路ですが、テキストを参照してください：

空気光通信ハンドブック。上記で引用。
迷惑なフォーマット。
ここに

私はもともと言った：

• 非蛍光LEDを使用すると、受信が主な制限要因となり、数十から100 'Mbpsが可能になると予想します。その後、そのような速度でLEDをきれいに変調することが困難になります。

これはほぼ正しいことがわかります:-)。

実世界のレポートでは、白​​色蛍光体LEDの「箱から出して」速度約4 Mbpsの約25倍のゲインで、比較的単純な方法を使用して、白色蛍光体LEDで100 Mbpsのレートを達成できることが示されています。だから-実世界の自由な空気送信：

• 付属の白色蛍光体LED-約4 Mbps

• マジックが厳しくない白色蛍光体LED-100 Mbps

• NRZ DCで駆動されるLED-200 Mbps

• 負の低NRZのLEDで電荷を掃き出す-300 Mbps

• 「物理法則」のLED理論的限界-1〜2 Gbps

受信機

明日まで十分なのはその悪です。

PINダイオードレシーバー。
アプリケーションノートを読んでください。
演奏する。

低電力/バッテリー機器でのIR通信の電力問題に関する優れた議論。素早いスキムで見栄えが良い。彼らが言う

• コンピューター、コンピューター周辺機器、デジタルカメラ、およびその他の消費者製品間の無線通信の手段としての赤外線（IR）光の使用は、近年広く受け入れられています。これは主に、無線ベースの実装とは対照的に、IRソリューションの実装コストが低いためです。ただし、この分野で低消費電力、高速の民生用製品を生産するという圧力が高まっているため、送信機と受信機を統合したIRトランシーバーの実装はより困難になっています。この記事では、IRトランシーバーを設計するときに考慮する必要のある主要な技術的問題のいくつかについて説明します。

理論的な出発点：

光半導体ソースに関する非常に包括的な注記 -LED変調帯域幅については、67/35ページを参照してください。あなたが望んでいたよりも理論的ですが、他の素材の「舞台を設定」します。

実世界の成果：

Mark Rages Ronjaのリファレンスより

空気光学通信ページ

それは言う：

• このページでは、コヒーレント光源と非コヒーレント光源を使用したさまざまなタイプの長距離大気（Air-the-Air）光（「光ビーム」）通信、そのような通信への大気の影響を軽減する方法、および送信とそのような通信を受信します。これらのページのコンテンツの大部分は、このやや難解な分野で最先端の技術を推進することに挑戦した自己資金の愛好家によって作成されています。）

同じ人の詳細

ロンジャ

彼らが言う：

• Ronjaは、現在の範囲が1.4km、通信速度が10Mbps全二重の信頼性の高い光データリンクのための無料のテクノロジープロジェクトです。

  このワイヤレスネットワーキングデバイスのアプリケーションには、無料、パブリック、およびコミュニティネットワークのバックボーン、個人および企業のインターネット接続、さらには住宅およびビルのセキュリティが含まれます。WiFiデバイスと組み合わせて、高い信頼性と可用性のリンクが可能です。Twibright Ronjaデータリンクは、クロスストリートイーサネットアクセスで近隣の家をネットワーク化したり、ISPのラストマイル問題を解決したり、高速近隣メッシュネットワークにリンクレイヤーを提供したりできます。

白色蛍光体LEDを約25倍に変調する方法は、変更されていない帯域幅です。

一見の価値があります：2009年8月の「手紙」は、低速の白色LEDをどれだけ速く押すことができるかを示しています!!! 。
数MHzの範囲の蛍光体応答を備えた白色LEDを使用し、低速の黄色成分を除去して均一化し、50 MHzの変調帯域幅を取得します。これにより、100 Mb / sでNRZのオン/オフが可能になります。

彼らは、達成された50 Mb / sは、不等化されていないフィルターされていない帯域幅の25倍であると述べています。

蛍光体のない青色LEDを使ってみませんか？

いくつかの実用的な制限とそれらを拡張する簡単な方法：

この要約では、InGaAsP LEDは、うまく話せばフルパワーで300 Mbps（充電をより速く掃引するための逆バイアスオフパルス）、および非逆バイアスで駆動すると200 Mbpsに適しています。
彼らが言う：

• オン/オフ遷移での逆バイアスパルスの適用により、蓄積された電荷の立ち下がり時間が短縮され、長波長InGaAsP LEDの最大出力動作の最大ビットレートが200から300メガビット/秒に増加しました。

  主にノンリターントゥゼロ（NRZ）DS-4実験用に設計されていますが、回路は、固定または疑似ランダムワードパターンを使用したゼロリターン（RZ）またはNRZフォーマットで50〜300 Mbits / sで動作します。

最大変調率に到達する別の方法

ここに、「LEDの速さ」に対する便利でコンパクトな答えがあります。上記の300 Mb /秒と比較して、「約2 GHzの変調帯域幅または約1 Gb /秒」と言っていることは注目に値します。エンジニアリングの目的のために、300 ~~~ = 1000 :-)に注意してください

現実世界の主張をうっかり疑う人もいる。

信じられない生のレート。
雨の影響を受けた率は「かなり良い」ようです。

これは、「LEDを使用した数キロメートルにわたる400 Mbpsの空中要求です。

MegaMantis-LEDベース、
400 Mbpsの自由空気、
数kmの範囲、
中程度の雨耐性、
ウォーカー。

私はこれらの人々が言っ​​た技術的なことなら何でも取り上げますが（会社は今は消滅していると思います）、Power BeatはLED（LASERSではなく）を使用して数キロメートルにわたる400 Mbpsオープンスペア伝送を主張しました。

MegaMantis（光リンク）とPowerbeat（会社）、およびPeter Witihera（CEOと主なアイデアマン）のガーゴイル。

リンク切れのある2007年の議論

おそらく、あなたが得ようとしている最高の技術的コメント

• 「今日の1つのLEDで、最大400 Mbpsの変調速度を実現することが可能です」とWitehira氏は言います。

  ウィテヒラ氏によると、同社のシステムは雨の影響を受けず、霧に合わせて調整できるという。

  「極端なところで2つの異なる波長の組み合わせを使用することで、それを克服することができます。遠赤外線とディープブルーである近紫外線です。両方を同時に実行している場合は、霧の問題はありません。それでもホワイトアウトに問題があるかもしれません」と彼は言った。

  角を曲がることは、ガラスから光を跳ね返すこと、または光のネットワークを作ることによるものです。また、見通しの可能性が高まっています。18か月前、同社のテクノロジーはわずか3メートルのデータを送信できました。今では4キロメートルに及ぶことがあります。現時点での最大視線はおそらく11キロメートルです。

しかし、ウィル・ロビンソンは注意してください...

「繊維なし」という条件があっても、これは次の場合に役立ちます。

数メートルを超えると、実用的なデータレートと十分な電力でプラスチック製の釣り糸を使用できます。私はそれが数百ミリで使われるのを見てきました。

できますが、光ファイバーの未加工ファイバーはむき出しになっていますが、壊れやすく、賢明な選択ではありません。

u「産業用」システム用の光パッチケーブルを購入できます。stdオーディオ光ファイバーケーブルのパフォーマンス仕様を読んだ後、これらは魅力的かもしれません。

マルチモードとシングルモードのファイバーがあることに注意してください。数メートル以上前者は確かに非常に見つかります。

国内のAVシステム用の光接続ケーブルは可能ですが、高可用性です。標準のXBoxおよびPS3アクセサリとして入手することもできます。

コネクタは一般に「TOSLINK」として知られています-実際にはJIS F05コネクタです。

かなり貧弱な帯域幅と到達距離を含む、ここ{Wikipedia}の多くの情報。
彼らが言う：

• TOSLINKケーブルは、しっかりと曲げると、一時的に故障したり、永久的に損傷したりする可能性があります。その高い光信号減衰により、有効範囲は約6メートル（20フィート）に制限されます。

  帯域幅は、高純度の石英ファイバーでは10 MHzですが、安価なプラスチックケーブルの場合は5〜6 MHzです。[5]

  一端が照らされているTOSLINK光ファイバーオーディオケーブルTOSLINKには、目的の帯域幅と用途に応じて、安価な1 mmプラスチック光ファイバー、高品質マルチストランドプラスチック光ファイバー、石英ガラス光ファイバーなど、いくつかのタイプのファイバーを使用できます。

  TOSLINKケーブルは、通常の技術、最大で、長さ5メートルに制限されている1信号ブースタまたはリピータを使用することなく、信頼性のある送信のための10メートル、。ただし、最近の家庭用電化製品（衛星受信機および光出力を備えたPC）のインターフェースが、低コスト（$ 0.75 / m）のTOSLINKケーブルでさえ30メートル以上を簡単に実行できることは非常に一般的です。TOSLINKトランスミッタは、650 nm（〜461.2 THz）の公称光波長で動作します。

これらの画像の多くは関連ページにリンクしています

PS3光データケーブル。

TOSLINKコネクタ付きのPS3光ケーブルの範囲

どれだけ高い周波数に関心があるかを知っておくと役に立ちます。25Mb / sのLEDベースのシステムを知っているので、100 Mb / sほどが可能であっても驚くことはありません。LEDトランスミッタを使用した10 Mb / sイーサネット光ファイバーは、かつてはかなり一般的な構成でした。LEDから最高の変調周波数を得るには、特別に選択されたLEDと特別なドライバー回路が必要になります。最高のデータレートを得るには、特に低容量デバイスを探す必要があります。

また、私がよく知っているシステムは光ファイバシステムであり、自由空間ではありません。空きスペースは、マルチパス分散（壁から跳ね返される同じ信号からの干渉など）のような追加の問題を引き起こし、システム全体のパフォーマンスを制限したり、より高い送信機電力を必要とする可能性があります。また、LEDからの出力の放射角度を考慮する（または制御するために光学系を追加する）必要があります。

マンチェスターエンコーディングは、レシーバー内のかなり単純な回路がデータ信号からトランスミッタークロックを復元できるという点で有益です。自由空間システムでは、信号が実際に存在するかどうかを受信機が区別できるようにする上で、「キャリア」信号の利点も提供します。ただし、トランスミッタはデータレートの2倍の速度で切り替える必要があるため、特定のLEDから最大データレートを絞り込もうとする場合は、おそらく最善ではありません。

ちなみに、マンチェスターのレベルでのエンコードは、通常、ソフトウェア機能とは見なされません。専用のデジタル回路で行われる可能性が高くなります。