使用LED传输数据

我很好奇LED提供的短距离（2或3米）数据传输的可能性，以及通过精心选择的但消费级组件期望的最大数据传输率是多少。我对最小的硬件+“智能”（微控制器）软件解决方案感兴趣。

所以我认为这是一个分为两部分的设计问题：

1. “物理介质”（硬件）层：用于高频信号传输的LED和接收器（光电晶体管）是什么好选择？我应该使用哪种驱动电路？
2. “信号编码”（软件）层：遵循曼彻斯特代码的协议是否有效？还是其他编码协议对于这种媒体更有效？

我要排除的事情：我知道膨胀和健壮的IR5模块，但它们不是为快速数据传输而设计的。我也了解使用相干光（激光二极管）可以提供更好的带宽。同样，没有光纤：数据将通过空中传输。

更新：

进行此设置的动机是替代电力线通信（PLC）或Wifi；因此，带宽在25至100Mb / s范围内就可以解决问题。这也解释了“无纤维”的限制，但是一些最小的反射器是可以接受的。

考虑到我正在考虑的“整个房间”距离，我认为像Ronja这样功能强大/重点突出的解决方案可能会过大（它们实际上具有更高的“ 最小距离 ”）。

考虑到硬件部分：您对使用适当的“非phospor” LED可以获得的高带宽充满信心。在这方面，某些颜色是否比其他颜色更好？我应该在数据表中寻找什么以确保它们具有此特性？

考虑到编码：这种用法比曼彻斯特更好？一些带宽效率更高的东西，例如RLL变体？我比程序员更像是一个程序员，所以我对软件的编码/解码更加放心。但是某些IC是否可以帮助我进行解码（据我所知，这是最困难的部分）？我是否应该在解码之前考虑对信号进行一些预滤波，也许是利用编码协议的频率特性？

期望的结果1

足够详细的信息可在此处建立一个160 Mbps，1米长的空中LED到PIN二极管的链接

使用LED的自由空间光通信链路
ESO 4007，FSO集团L01高级设计项目组Adam Swett Clayton Huff Trang Thai Nguyen Trinh
，2008年5月1日

接收方：

发射电路但见文字：

通过空中光通信手册。在上面引用。
烦人的格式。
这里

我最初说：

• 我希望使用无磷的LED可以达到10到100'的Mbps，接收是主要的限制因素，其次是很难以这种速度干净地调制LED。

事实证明这是正确的:-)。

现实世界的报告表明，使用相对简单的方法-白光磷光体LED可以达到100 Mbps的速率-主要是滤波和均衡，与白色磷光体LED约4 Mbps的“开箱即用”速率相比，可获得约25倍的增益。因此-现实世界中的免费空中传输：

• 随附的白色荧光灯LED-约4 Mbps

• 白色荧光粉LED不太魔术-100 Mbps

• 以NRZ DC驱动的LED-200 Mbps

• 负低NRZ的LED可以清除电荷-300 Mbps

• LED理论上突破“物理定律”的极限-1-2 Gbps

接收者

第二天的罪恶是足够的。

PIN二极管接收器。
阅读应用笔记。
玩。

低功率/电池设备中IR通信电源问题的精彩讨论。快速浏览时显得精湛。他们说

• 近年来，使用红外（IR）光作为计算机，计算机外围设备，数码相机和其他消费产品之间的无线通信手段已得到广泛认可。这主要是由于与基于无线电的实现相比，实现IR解决方案的成本较低。然而，在这个领域，生产低功耗，高速消费类产品的压力越来越大，这使得IR收发器（集成了发射器和接收器）的实施变得更具挑战性。本文将解决设计红外收发器时需要考虑的一些关键技术问题。

理论起点：

有关光半导体的极其详尽的说明 -有关LED调制带宽，请参见第35页，共67页。比您希望的更为理论化，但是“为其他材料奠定基础”。

现实世界的成就：

摘自Mark Rages Ronja参考

空中光学coms页面

它说：

• 此页面涉及使用相干和非相干光源的各种类型的长距离大气（空中）光（“光束”）通信，减轻此类通信对大气的影响的方法以及涉及发射和发射的各种技术。接收此类通信。这些页面上的大部分内容都是由自筹资金的业余爱好者制作的，他们在这个颇为神秘的领域中挑战了不断发展的技术水平。）

同一个人的更多信息

龙佳

他们说：

• Ronja是一项免费技术项目，旨在提供可靠的光学数据链路，其电流范围为1.4km，全双工通信速度为10Mbps。

  该无线网络设备的应用包括免费，公共和社区网络的骨干网，个人和公司Internet连接，以及家庭和建筑物的安全性。结合WiFi设备可以实现高可靠性和可用性链接。Twibright Ronja数据链路可通过跨街以太网访问将相邻房屋联网，解决ISP的最后一英里问题，或为快速邻域网状网络提供链路层。

如何以约25倍的未修改带宽调制白色磷光体LED。

值得一看：2009年8月的“信件”显示了可以缓慢按下白色LED的速度！！！。
他们使用具有在几MHz范围内的磷光体响应的白光LED，滤除缓慢的黄色分量并进行均衡，以获得50 MHz的调制带宽，从而允许以100 Mb / s的速度开/关NRZ。

他们指出，达到的50 Mb / s是未过滤带宽的25倍。

我想知道为什么不使用没有荧光粉的蓝色LED？

一些实际的限制和扩展这些限制的简单方法：

该摘要指出，如果您与InGaAsP LED良好地交流（反向偏置脉冲以更快地扫出电荷），则它们在全功率下适合300 Mbps，而如果您以非反向偏置进行驱动则适合200 Mbps。
他们说：

• 通过减少存储的电荷下降时间，在开-关转换处施加反向偏置脉冲可使长波长InGaAsP LED的全功率操作的最大比特率从200 Mbits / s增加到300 Mbits / s。

  尽管主要是为不归零（NRZ）DS-4实验设计的，但该电路的工作速率为50至300 Mbits / s，可用于具有固定或伪随机字型的归零（RZ）或NRZ格式。

达到最大调制速率的另一种方法

这是“ LED的速度有多快”的一个有用但紧凑的答案，值得注意的是，与上述300 Mb / s相比，他们说“大约2 GHz调制带宽或大约1 Gb / s”。请注意，出于工程目的300 ~~~ = 1000 :-)

有些人怀疑现实世界的主张：

原始价格令人信服。
受雨水影响的比率似乎“相当好”。

这是“使用LED在数百公里的空中宣称400 Mbps的速度：

MegaMantis-基于LED，
400 Mbps的自由空气，
几公里范围，
中等防雨水，
沃克。

这些人说的我会采用任何技术手段（我认为该公司现已倒闭），但Power Beat声称使用LED（不是激光）可以在几公里内进行400 Mbps的开放式远程传输。

Gargoyle，MegaMantis（光学链路）和Powerbeat（公司）以及Peter Witihera（首席执行官和主要创意人）一起来看看您能从这些索赔中获得什么。

2007年讨论，链接断开

可能是您将获得的最佳技术评论

• Witehira说：“如今使用一个LED可以达到高达400 Mbps的调制速度，”。

  维特希拉（Witehira）说，他公司的系统不受雨水的影响，可以调节雾气。

  “您可以通过在极端情况下将两种不同的波长组合在一起来克服这一点，您可以通过光获得–远红外和近紫外，这是深蓝色。如果同时运行这两个功能，那么雾化就不会有问题。您可能仍会遇到掉电问题，”他说。

  维特希拉说，走到拐角处只是从玻璃反射光线或通过建立照明网络而已。视线范围的可能性也在不断增长：十八个月前，该公司的技术只能发送3米的数据。现在可以跨越4公里。该公司估计，目前最大视线可能是11公里。

但是，请注意威尔·罗宾逊...

尽管有“无纤维”条款，但无论如何：

在几米之外，您可以以合理的数据速率和足够的功率摆脱塑料钓鱼线的困扰。我看过它用了100毫米。

您只能裸露光纤，这是脆弱的，不是明智的选择。

您可以购买用于“工业”系统的光纤跳线。阅读完标准音频光纤电缆的性能规格后，这些可能会很有吸引力。

请注意，有多模和单模光纤。几米远的地方确实非常适合。

您只能使用家用影音系统的光学连接电缆-高可用性。您甚至可以将它们作为标准的XBox和PS3配件获得。

连接器通常称为“ TOSLINK”-实际上是JIS F05连接器。

{Wikipedia}这里有很多信息，包括相当差的带宽和范围。
他们说：

• 如果弯曲过紧，TOSLINK电缆可能会暂时失效或永久损坏。它们的高光信号衰减将其有效范围限制为约6米（20英尺）。

  高纯度石英光纤的带宽可以为10 MHz，而便宜的塑料电缆则为5至6 MHz。[5]

  一根末端照明的TOSLINK光纤音频电缆TOSLINK可以使用几种类型的光纤：便宜的1毫米塑料光纤，高质量的多股塑料光纤或石英玻璃光纤，具体取决于所需的带宽和应用。

  TOSLINK电缆一般限制到5米的长度，与技术最大1 10米，用于可靠传输，而不使用信号增强器或中继器的。但是，较新的消费类电子产品（卫星接收器和具有光输出的PC）上的接口，即使使用低成本（$ 0.75 / m）TOSLINK电缆，也可以轻松运行30米以上。TOSLINK发射器在650 nm（〜461.2 THz）的标称光波长下工作。

这些图像中有许多链接到相关页面

PS3光学数据线。

带有TOSLINK连接器的PS3光缆范围

了解您感兴趣的频率会有所帮助。我知道基于LED的系统的频率为25 Mb / s，如果可能达到100 Mb / s，也不会感到惊讶。使用LED发射器的10 Mb / s光纤以太网曾经是相当普遍的配置。要从LED获得最高的调制频率，将需要专门选择的LED和专门的驱动器电路。为了获得最高的数据速率，您需要专门寻找低电容设备。

另外，我所熟悉的系统是光纤系统，而不是自由空间。自由空间会带来其他问题，例如多径色散（例如，来自同一信号的干扰从墙外反弹或其他干扰）可能会限制整体系统性能或需要更高的发射器功率。您还需要考虑（或添加光学器件来控制）LED输出的辐射角度。

曼彻斯特编码的好处在于，它使接收机中相当简单的电路能够从数据信号中恢复发射机时钟。在自由空间系统中，它还可以提供“载波”信号的好处，使接收机能够区分是否实际存在任何信号。但这要求发射器的切换速度是数据速率的两倍，因此，如果您尝试从给定的LED挤压最大数据速率，那可能不是最好的。

顺便说一句，在曼彻斯特级别的编码通常不被视为软件功能，而是更有可能由专用数字电路完成。