сигнали

В
В 		В

Персонализирани услуги

Член

  • Испански (pdf)
  • Статия в XML
  • Препратки към статии
  • Как да цитирам тази статия
  • Автоматичен превод
  • Изпратете статия по имейл

Индикатори

  • Цитирано от SciELO
  • Достъп

Свързани връзки

  • Подобно в SciELO

Дял

Проучване и Развитие

версия В он-лайн В ISSN 2518-4431

Инв. и Des.В vol.1В no.15В CochabambaВ В 2015

СТАТИИ - ИНЖЕНЕРИНГ

БЕЗЖИЧНО ПРЕДАВАНЕ НА СИГНАЛИ ЧРЕЗ ВИДИМИЯ СПЕКТЪР НА СВЕТЛИНАТА

БЕЗЖИЧЕН СИГНАЛ ПРЕДАВАНЕ ЧРЕЗ ВИДИМ СВЕТЛИНЕН СПЕКТЪР

Алваро Рива и Омар Ормачея

Център за оптични и енергийни изследвания(CIOE)
Боливийски частен университет
[email protected]

(Получено на 20 май 2015 г., прието за публикуване на 3 юни 2015 г.)

Ключови думи: Комуникация с видима светлина, Електромагнитен спектър, Радиочестота, LED, Честотна лента.

Тази статия представя безжична комуникационна система с видима светлина с максимална честотна лента от 5 MHz (приблизително 80 Mbps) и 15 сантиметра разстояние. Системата позволява безжично предаване на аудио и видео сигнали с конвенционален светодиод (бяла светлина) .Светлината, излъчвана от диода, е в спектъра на видимата светлина (400-700 nm.). В този спектрален диапазон е възможно да се достигне потенциална широчина на честотната лента от приблизително 322THz, което е много по-високо от предаването чрез радиочестотни електромагнитни вълни (5 MHz за 3G технология). Инсталирахме електронните компоненти на платка в рамка за по-проста и лесна употреба. Системата работи със симетрична +9, -9 волта мощност. Окончателният дизайн се състои от предавател и приемник за аудио и видео. Системата позволява промяна на интензивността на светодиода, така че да се увеличи или намали максималното разстояние на предаване и да се регулира усилването както в предавателя, така и в приемника. За да се осигури ефективно качество на предаване на видео, последният етап на добавяне и изваждане се прилага съответно в предавателя и приемника. Цената на разработената система е с 80% по-ниска в сравнение с търговските системи, базирани на комуникация с видима светлина.

Ключови думи: Комуникация с видима светлина, електромагнитен спектър, радиочестота, LED, честотна лента.

1. ВЪВЕДЕНИЕ

В момента е факт предаването на данни от порядъка на стотици Mbps (Eszter, H. и др. [1-3]), в области като телекомуникации, изследвания, образование, медицина, правителство и т.н. Оптичните влакна са ефективно и ефикасно решение за транспортиране на аудио и видео и данни на дълги разстояния с висока честотна лента (JC Knight. И други [4-6]), но носи със себе си някои недостатъци като висока цена, която представлява неговата инсталация или липсата на инфраструктура на различни места.

За безжични връзки с висока честотна лента има 4G технология (мобилна телефония), която според Международни мобилни телекомуникации - напреднали (IMT - напреднали), определя честотната лента за тази технология между 100 Mbps в движение и 1 Gbps в покой [7].

2. ВИДИМА СВЕТЛИНА КОМУНИКАЦИЯ (VLC)

Комуникацията с видима светлина е разработена на базата на LED крушка като предавател. Това устройство обикновено се използва за осветление с фиксирана стойност на тока. Чрез промяна на тока, оптичният изход, т.е. интензивността на осветлението, може да варира при изключително високи скорости [15], 16]. Това свойство се използва в основната конфигурация на VLC. Процедурата е проста, ако светодиодът свети, това е еквивалентно на предаване на a един Ако, напротив, светодиодът е изключен, той ще предава a нула дигитален.

На фигура 1 е показан измереният спектър на излъчване на типичен източник от типа LED [10], пикът вляво съответства на излъчването на самия светодиод (син LED), а широкият пик вдясно съответства на излъчването на фосфорът, елемент, с който LED е легиран; наблюдавайки произведения емисионен спектър има осветление, много близко до бялата светлина.

Светодиодите могат да се включват и изключват при високи скорости, осигурявайки добри възможности за предаване на данни. Следователно всичко, което е необходимо, са някои светодиоди и контролер, който кодира данните, които трябва да бъдат предадени от светодиодите [17].

3.1 Нива на напрежение

Амплитудата на сигнала е 1 Vpp, а мерната му единица е IRE, където 1 IRE е равен на 7.143mVpp. Еквивалентът на 1 Vpp е 140 IRE и полученият сигнал може да варира между +100 IRE (+714,3 mV) и -40 IRE (-285,7 mV) [19].

3.2 Зона за изтриване (затихване)

Тази област е отговорна за регулиране на работните условия за показване на ново изображение и се състои от няколко части. Първият е синхронизиращият импулс, който казва на устройството да премине към следващата хоризонтална линия; след това имате цветови пакет, който установява референтната честота за декодиране на цветовете (3,58 MHz в NTSC). През това време екранът е черен, тъй като нивата на напрежение са под 0 IRE. В NTSC има ниво на настройка, което е еталон за черния цвят, който има фазово изместване от 7,5 IRE (54 mV) спрямо нивото на изтриване [18].

3.3 Сигнална активна зона

При нискочестотните аудио сигнали толерансът към деградация е широк, тъй като качеството на звука не показва разлики, ако зададената честотна лента е намалена, поради което в аналоговата телефония се изисква само 4 kHz ширина [18]. От друга страна, във видеосистемите изкривяването на високите честоти е критично, тъй като визуалното възприятие на изображението оказва голямо влияние върху човешкото око. Ефектът от неадекватната честотна лента е, че изображението се затъмнява и детайлите се губят, което води до забележимо по-ниска разделителна способност. При цветността наситеността е ограничена до по-ниски стойности от един и същ фактор за всички цветове, така че силните цветове са извън фазата с меките цветове (например червеното може да се разглежда като розово).

Параметърът за усилване на честотната лента трябва да бъде избран по подходящ начин, като обикновено се позовава на по-високи стойности в рамките на очакваното, за композитно аналогово видео усилване от поне 5 MHz се счита за подходящо, както е показано на фигура 3.

4. РАЗРАБОТКА НА ВИДИМА СВЕТЛИНА КОМУНИКАЦИОННА СИСТЕМА ЗА ПРЕДАВАНЕ НА ВИДЕО

На фигура 4 имаме дизайн на предавателя на сигнала (видео при 4.5 MHz), в който на втори етап е реализиран операционен усилвател LM318, с конфигурация на сумата, за да се добави непрекъснато напрежение към оригиналния сигнал, идващ от видеото плейър и по този начин да се предотврати изключването на светодиода в даден момент по време на предаването на композитния видео сигнал; От друга страна, потенциометърът беше увеличен между изхода и инвертиращия вход на усилвателя (първи етап), за да варира съпротивлението и следователно усилването на усилвателя; накрая беше инсталиран светодиод между изхода на усилвателя от втория етап и резистор, свързан към земята.

4.2 Дизайн на безжичния приемник за видима светлина

Фигура 6 показва сигнала, който е резултат от добавяне на ниво на постояннотоково напрежение към сигнала от устройството за видео плейър (Фигура 6да се), за неговото кондициониране и предаване посредством светодиод. Както бе споменато по-горе, това напрежение позволява оригиналният видео сигнал да бъде изместен над референтното ниво (Фигура 6б), тоест стойностите на напрежението, които сигналът придобива, винаги ще бъдат по-големи от 0 волта, по този начин се постига, че стойностите на напрежението и тока, получени от светодиода, са положителни, следователно светодиодът ще остане винаги включен, просто променяйки интензивността на осветяване.

На фигура 7 можем да видим сигнала, получен от приемника (фотодиод), който генерира сигнал с отрицателно напрежение (фигура 7да се), под референтното ниво. Необходимо е да се кондиционира този сигнал, в съответствие с изискванията на телевизора, за това е необходимо да се добави постояннотоково напрежение по отношение на еталонното ниво (Фигура 7б). за да получите споменатите изисквания за сигнала.

4.3 Експериментални тестове

Като сензор за приемане беше използван силициев фотодиод SD4552 със спектрален отговор между 400 и 1100 nm, с активна площ 0.25 "X 15". Използваните елементи са показани на фигура 8, и двата елемента са с ниска цена и лесно намиране на пазара.

Първоначално електронните вериги бяха монтирани в макети, елементите на излъчване и приемане бяха разположени на максимално разстояние от 15 см, където все още може да се получи добро качество на видеопредаването.

Таблица 1 показва основните стойности и характеристики, получени от крайния прототип на предаване на сигнал с видима светлина.

И накрая, проектирането и конструкцията на платките на печатни платки (печатни платки) бяха изпълнени, за да имат стабилен завършек, като по този начин намалява смущенията и шума, причинени от макет и свързващите кабели (Фигура 9).

На Фигура 10, голямото сходство между входния сигнал (Фигура 10да се) и изходния сигнал (Фигура 10б), това с необходимите корекции на амплитудата, за да се обуслави сигналът за оптичното му предаване и отново при приемането във фотодиода, и да се възстанови същия сигнал, така че да може да бъде интерпретиран и показан на телевизия.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЯ

В настоящата работа беше възможно да се извърши оптично предаване (бяла светлина 400-700 nm) на видео и аудио сигнали при честотна лента 5 MHz (приблизително 80 Mbps) с максимално разстояние 15 cm, като се използва като излъчващ елемент бял LED диод и силициев фотодиод (SD4552) бяха използвани като приемащ елемент, както търговски, така и евтини елементи. Широчината на честотната лента, получена в разработената система, позволява ясно предаване на използваните сигнали, основно видеосигналът, който изисква най-малко 2 MHz честотна лента.

Разработени са две вериги, предавател и аудио приемник, които работят с батерия от 9 волта всяка, като успяват да предават сигнали в честотна лента от 500 KHz.

Разработени са две вериги, предавател и видео приемник, които работят с източник на напрежение от +9 и - 9 волта всеки, успявайки да предават сигнали в честотна лента от 5 MHz.

Вградената система е с 80% по-ниска в сравнение с търговските системи за предаване на видима светлина.

6. БИБЛИОГРАФИЯ

[1] Х. Естер. В "Достъп до интернет и използване в контекста на новите медии и обществото в Северозападния университет." Лондон, Хилд Оукс, Калифорния и Ню Делхи, об. 6, 2004, стр. 137-143.

[2] C. Costas et al. В "Въз основа на измерване." Такси за използване в комуникациите Мрежи, кн. 48, 2000, стр. 535-548.

[3] Г. Сасид и К. Ясемин. "Използването на социалните мрежи в образователен контекст."Инженеринг и технологии, об. 3, 2009, стр. 127-131.

[4] J.C. Knight et al. В "Изцяло силициеви едномодови оптични влакна с фотонна кристална облицовка." Оптичното общество на Америка, об. 22, стр. 484-485, 1997.

[5] Й. Ямамото и Т. Кимура. „Кохерентни системи за предаване на оптични влакна.“Quantum Electronics, IEEE Journal, об. 17, стр. 919-935, 2003.

[6] М. Джон. "Оптични влакна за предаване," в Категория на предмета Инженеринг. Ню Йорк, Ню Йорк: Уайли, том В 7, 1999, стр. 410-502.

[7] Y. Yang et al. "Релейни технологии за WiMax и LTE усъвършенствани мобилни системи." Общество за комуникация IEEE, об. 47, стр. 100-105, 2009.

[8] Y. Tanaka et al. В "Вътрешна система за предаване на данни с видима светлина, използваща бели LED светлини." IEICE Trans. Общ, об. 86, стр. 2440-2454, 2003.

[9] Т. Комине и М. Накагава. В "Основен анализ за комуникационна система с видима светлина, използваща LED светлина." IEEE Trans. Консумация. Електрон, об. 50, стр. 100-107, 2004.

[10] T. Komine и сътр. "Адаптивна система за изравняване за безжична комуникация с видима светлина, използваща множество бели LED осветителни уреди." IEEE Trans. Безжична комуникация, об. 8, В стр. 892-900, 2009.

[11] Y. Yi et al. Вътрешни LED базирани системи за идентификация, използващи адаптивен MMSE еквалайзер за намаляване на оптичната дисперсия на многопътни пътища: процедури на Международната конференция за сближаване на ИКТ, Септември 2011 г., стр. 95-100.

[12] C. Chen и Z. Xiao-hui. В "Колиматна LED светлина за равномерно осветяване с рефракционно-отразяваща оптична система." Приложна механика и материали, об. 543, стр. 658-661, 2014.

[13] D. Kasun и сътр. В „Подобрена комуникация на видима светлина на закрито с PAM и RLS еквалайзер за обратна връзка.“ Iete Journal of Research, об. 59, В стр. 672-678, 2013.

[14] J. Rani et al. “Li-Fi (Light Fidelity) - бъдещата технология в безжичната комуникация.” Международно списание за напреднали изследвания в електротехниката, електрониката и измервателната техника, об. 4, бр. 4, стр. 2340-2343, 2015.

[15] Г. Панг. В "Комуникация с видима светлина за аудио системи" Хонконг: IEEE транзакции за потребителска електроника, об. 15, 2005, стр. 236-245.

[16] О. Bounchet и др. В "Комуникационна система с видима светлина, позволяваща поточно предаване на данни от 73 Mb/s, процедиране на семинарите на GLOBECOM (GC Wkshps), 2010 IEEE. Cesson-Sevigne, Франция, януари 2011 г., стр. 1042-1046.

[17] Й. Пей. "Характеристики на светодиодната модулация в комуникационната система с видима светлина." Китай: Оптика и фотоника Journal, об. 15, стр. 139-142, 2013.

[18] Б. Картър. Видео дизайн с помощта на високоскоростни усилватели. Масачузетс: Тексаски инструмент, 2005 г. (Разширени аналогови приложения, доклад за приложението SLOA057A).

[19] S. Do Ky. В "Едновременно предаване на аудио и видео сигнали с използване на комуникация с видима светлина." Списание EURASIP за безжична комуникация и мрежи, об. 15, стр. 2536-98, 2013.

В Цялото съдържание на това списание, с изключение на случаите, когато е идентифицирано, е под лиценз Creative Commons