Alternatívny bezdrôtový prenos dát Li-Fi na krátke a veľké vzdialenosti; Automobilový priemysel; Electronicsnet

19. novembra 2018, 9:21 | Od Dr. Alexander Noack

alternatívny

Náklady a váha palubných sieťových systémov sa dajú znížiť pomocou optických dátových spojení.

Výrobcovia automobilov očakávajú od elektrického systému vysokú spoľahlivosť a rozšírené funkcie, ako aj zníženie nákladov a hmotnosti. Technológia bezdrôtového optického prenosu dát Light Fidelity ponúka potenciál nahradiť káble a zástrčky optickými dátovými spojmi.

V dnešných automobiloch už nie je jediným zameraním jazda s asistenciou alebo dokonca autonómia. Čoraz dôležitejšiu úlohu zohrávajú aj informačno-zábavné systémy. Preto sa nemožno čudovať, že elektrický systém teraz tvorí značnú časť celkovej hmotnosti vozidla. Okrem hmotnosti existujú aj faktory, ako sú priestorové požiadavky a problémy s elektromagnetickou kompatibilitou. Drôtové systémy na prenos údajov navyše niekedy dosahujú svoje limity, pokiaľ ide o rýchlosť prenosu dát. Zmierniť záťaž môžu nové koncepty, ako napríklad bezdrôtový optický prenos.

Technológia bezdrôtového optického prenosu dát - známa dnes ako Light Fidelity (Li-Fi) - získaná v 90. roky Veľký medzinárodný ohlas, keď otvorili dvere ako dátové rozhranie podľa štandardu IrDa nájdete v mnohých mobilných zariadeniach. Odvtedy sa táto technológia neustále vyvíja. Zatiaľ čo výkonové vlastnosti v tom čase predstavovali niekoľko kilobitov za sekundu na prenosovej ceste niekoľkých centimetrov, systémy dnes už dosahujú dvojciferné gigabitové rozsahy na rovnaké vzdialenosti. Technológia ale dnes nedosahuje iba pár centimetrov vysoké rýchlosti prenosu dát. Dátové rýchlosti v gigabitovom rozsahu sa dosahujú aj pri prenosových spojeniach na niekoľko metrov.

Optický prenos dát má veľa výhod

Veľké polomery ohybu a objemné geometrie konektorov zaisťujú vysoké nároky na priestor a zvýšené integračné úsilie pre káblové technológie. Navyše vždy predstavuje problém elektromagnetické tienenie vedení vo vozidle. Káble a konektory sa tiež vyznačujú vysokou náchylnosťou na opotrebovanie a v niektorých automobilových aplikáciách sú už prekážkou v rýchlosti prenosu dát. Integrácia do pohyblivých alebo dokonca rotujúcich komponentov je navyše výzvou alebo niekedy nie je možná vôbec. Bezdrôtové systémy tieto problémy zmierňujú alebo ich obchádzajú. Bohužiaľ, zavedené rádiové štandardy prenosu majú obvykle ďalšie ťažkosti, napríklad vysokú náchylnosť k rušeniu v dôsledku elektromagnetického rušenia.

Li-Fi funguje vo svetelnom spektre, a preto ju necháva čistú vyššiu šírku pásma ako rádiové technológie čo tiež vedie k podstatne menšiemu obmedzeniu vysokorýchlostných pripojení. V porovnaní s rádiovými technológiami Li-Fi z hľadiska prenosových rýchlostí drží krok s piatym štandardom WLAN IEEE 802.11ac - tiež sa často nazýva 5G WLAN. Prenos cez svetlo je navyše menej citlivý na elektromagnetické rušenie. Neexistuje ani celosvetová regulácia šírky pásma od 200 do 1 600 nm, a preto za jej používanie nie je potrebné platiť žiadne licenčné poplatky. Bezdrôtové technológie, ako napríklad WLAN, väčšinou nie sú schopné pracovať v reálnom čase, takže neumožňujú prenos v preddefinovanom časovom období.

Li-Fi má samozrejme oproti bezdrôtovým RF technológiám aj nevýhody. Tou najväčšou je potreba priamej viditeľnosti. Ale táto nevýhoda je výhodou v mnohých aplikáciách, pretože na hacknutie dát je nevyhnutný aj priamy výhľad, pretože infračervené žiarenie a viditeľné svetlo nemôžu preniknúť cez steny alebo iné bariéry. To môže byť významnou výhodou v mnohých aplikáciách.

Ako funguje Li-Fi?

Ako Li-Fi, Prenos údajovod médium svetlo určený. The Frekvencie klamať vo viditeľnej oblasti z 400 THz (750 nm) a 800 THz (375 nm) alebo v dosah blízkej infračervenej oblasti 400 THz a 200 THz (1510 nm). Ak prenos prebieha vo viditeľnom svetelnom spektre, často sa používa aj pojem Visible Light Communication alebo skrátene VLC. Ak sa uskutočňuje v blízkej infračervenej oblasti, označuje sa to tiež ako infračervená komunikácia alebo skrátene IRC.

Obrázok 1. Štruktúra bezdrôtového optického prenosového spojenia.

Prebieha bezdrôtová optická komunikácia medzi vysielačom a prijímačom - Tiež sa nazýva vysielač alebo prijímač. Schematická štruktúra optického prenosového spojenia je znázornená na obrázku Obrázok 1 zobrazené. Dáta, ktoré sa majú prenášať vo forme bitov, sa prijímajú zo zdroja, ako je napríklad ethernetový port. Obvod budiča mení emisnú intenzitu vysielača a prevádza prichádzajúci elektrický signál na optický. Často používanými žiaričmi sú luminiscenčné alebo laserové diódy. Pri optickom prenose dát sa čoraz viac používajú špeciálne dizajny, ako sú LED diódy emitujúce hrany (ELED) alebo povrch s vertikálnou dutinou (VCSEL), pretože kombinujú výhody oboch technológií.

Pomocou vhodnej optiky na vysielači je prichádzajúce optické žiarenie zamerané na určitú oblasť, čím sa maximalizuje úroveň emitovaného signálu a smeruje prenos na stranu prijímača. Optické signály sa zaznamenávajú na fotodetektore, zosilňujú sa a konvertujú späť na elektrický signál. Pri výbere vhodného optoelektronického prevodníka na strane prijímača majú veľký význam parametre ako rozsah vlnových dĺžok, fotocitlivosť, časové správanie a pomer signálu k šumu, aby sa dosiahli čo najvyššie dátové rýchlosti a prenosové cesty.

Najpoužívanejšie detektory sú pinové diódy a lavínové fotodiódy. Na strane prijímača sa tiež používa špeciálna optika na sústredenie prichádzajúcich optických signálov a na spájanie svetla z jedného smeru, pretože sa tak minimalizuje vplyv cudzieho svetla. Aby sa umožnila obojsmerná komunikácia v najmenších priestoroch, vysielače a prijímače sa často kombinujú do podoby tzv.