Безжично предаване на данни за къси и дълги разстояния

19 ноември 2018 г., 9:21 ч. | От Dr. Александър Ноак

Цената и теглото на бордовите мрежови системи могат да бъдат намалени с оптични връзки за данни.

Производителите на автомобили очакват висока надеждност и разширени функции, както и намаляване на разходите и теглото от електрическата система. Технологията за безжично оптично предаване на данни Light Fidelity предлага потенциал за замяна на кабели и щепсели с оптични връзки за данни.

В съвременните автомобили шофирането, независимо дали е асистирано или дори автономно, вече не е единственият фокус. Информационно-развлекателните системи също играят все по-важна роля. Така че не е чудно, че електрическата система сега представлява значителна част от общото тегло на автомобила. В допълнение към теглото има и фактори като изисквания за пространство и проблеми с електромагнитната съвместимост. В допълнение, кабелните системи за предаване на данни понякога достигат своите граници по отношение на скоростта на предаване на данни. Нови концепции като безжично оптично предаване могат да помогнат за облекчаване на тежестта.

Технологията за безжично оптично предаване на данни - известна днес като Light Fidelity (Li-Fi) - придоби в 1990-те Голямо международно признание, когато отвориха вратата като интерфейс за данни съгласно стандарта IrDa намерени в много мобилни устройства. Оттогава технологията се развива непрекъснато. Докато характеристиките на производителността по това време са били няколко килобита в секунда при път на предаване от няколко сантиметра, днес системите вече постигат двуцифрени гигабитови диапазони на същите разстояния. Но технологията днес достига не само няколко сантиметра високи скорости на трансфер на данни. Скоростите на данни в гигабитовия диапазон се постигат и за предавателни връзки над няколко метра.

Оптичното предаване на данни има много предимства

Големите радиуси на огъване и обемните геометрии на съединителите осигуряват големи изисквания за пространство и увеличени усилия за интеграция на кабелни технологии. В допълнение, електромагнитното екраниране на линиите в превозното средство винаги е проблем. Кабелите и щепселите също се характеризират с висока податливост на износване и в някои автомобилни приложения те вече са пречка за скоростта на предаване на данни. Освен това интеграцията в движещи се или дори въртящи се компоненти е предизвикателство или понякога изобщо не е възможна. Безжичните системи смекчават или заобикалят тези проблеми. За съжаление, установените радио базирани стандарти за предаване обикновено имат други трудности, например висока податливост на смущения поради електромагнитни смущения.

Li-Fi работи в светлинния спектър и следователно го оставя ясен по-висока честотна лента от радио-базираните технологии също, което води до значително по-малко ограничения за високоскоростните връзки. В сравнение с радио-базирани технологии, Li-Fi вече е в крак с петия WLAN стандарт IEEE 802.11ac - често наричан още 5G WLAN - по отношение на скоростта на предаване на данни. Освен това предаването чрез светлина е по-малко чувствително към електромагнитни смущения. Освен това няма световен регламент за честотната лента от 200 до 1600 nm, поради което не трябва да се плащат лицензионни такси за използване. Безжичните технологии като WLAN обикновено не са в състояние в реално време, така че не позволяват предаване в рамките на предварително определен период от време.

Разбира се, Li-Fi също има недостатъци в сравнение с безжичните RF технологии. Най-голямата е необходимостта от линия на видимост. Този недостатък обаче е предимство в много приложения, тъй като за проникване на данните е необходима и линия на видимост, тъй като инфрачервеното лъчение и видимата светлина не могат да проникнат през стени или други бариери. Това може да бъде значително предимство в много приложения.

Как работи Li-Fi?

Като Li-Fi, Предаване на данниот средата светлина определен. The Честоти лъжа във видимата зона на 400 THz (750 nm) и 800 THz (375 nm) или в близък инфрачервен диапазон от 400 THz и 200 THz (1510 nm). Ако предаването се извършва в спектъра на видимата светлина, терминът Visible Light Communication или накратко VLC също често се използва. Ако обаче се осъществява в близкия инфрачервен диапазон, той също се нарича инфрачервена комуникация или IRC за кратко.

Фигура 1. Структура на безжична оптична предавателна връзка.

Безжичната оптична комуникация се осъществява между предавател и приемник - Известен също като предавател или приемник. Схематична структура на оптична връзка за предаване е показана на Изображение 1 показани. Данните, които трябва да бъдат предадени под формата на битове, се получават от източник като Ethernet порт. Схема на драйвер променя интензивността на излъчване на излъчвателя и преобразува входящия електрически сигнал в оптичен. Често използвани излъчватели са луминесценция или лазерни диоди. Специални дизайни като Edge-Emmiting LED (ELED) или Vertical Cavity Surface (VCSEL) се използват все по-често при оптично предаване на данни, тъй като съчетават предимствата на двете технологии.

Посредством подходяща оптика на предавателя, входящото оптично излъчване се фокусира върху определена област, като по този начин максимизира нивото на излъчен сигнал и насочено предаване към страната на приемника. Оптичните сигнали се записват на фотодетектора, усилват се и се преобразуват обратно в електрически сигнал. При избора на подходящ оптоелектронен преобразувател от страната на приемника, параметри като диапазон на дължината на вълната, фоточувствителност, времево поведение и съотношението сигнал/шум са от голямо значение за постигане на възможно най-високи скорости на предаване на данни и пътища на предаване.

Пин-диодите и лавинните фотодиоди са най-широко използваните детектори. От страна на приемника също се използват специални оптики за концентриране на входящите оптични сигнали и за свързване на светлината от една посока, тъй като това минимизира влиянието на външната светлина. За да се даде възможност за двупосочна комуникация в най-малкото пространство, предавателите и приемниците често се комбинират, за да образуват така наречения приемо-предавател.