Optische Datacommunicatie
Infrarode communicatie is een vorm van datacommunicatie die onder optische communicatie valt. Onder optische communicatie vallen alle vormen van datacommunicatie die licht als medium gebruiken. Optische communicatie is verder in te delen in niet-technologische en technologische optische communicatie. Strikt gezien vallen rooksignalen en vlaggen dus ook onder optische communicatie, deze zijn echter niet interessant voor ons.
Free Space Optics
Onder de technologische variant van optische communicatie vallen onder andere glasvezelkabels en infrarode communicatie. Het laatste is een vorm van free-space optical communication (Vrij vertaald: vrije-ruimte optische communicatie) dat weer afgekort wordt naar Free Space Optics (FSO). FSO wordt toegepast in situaties waarbij een fysieke link tussen ontvanger en bron inefficiënt is door bijvoorbeeld hoge kosten of andere overwegingen.
Het Infrarode Spectrum
Bij FSO wordt er als medium vooral gebruik gemaakt van infrarood licht. Elektromagnetische golven op de infrarode golflengte kennen bijzonder veel toepassingen zoals bijvoorbeeld voor het gebruik in nachtkijkers of het op afstand meten van temperaturen. Ook wordt het spectrum gebruikt voor datacommunicatie. Voor infrarode communicatie zijn er 6 verschillende ruimtes in het elektromagnetische spectrum gereserveerd zoals te zien in tabel 1.
Band | Desciptor | Wavelength range |
---|---|---|
O band | Original | 1260–1360 nm |
E band | Extended | 1360–1460 nm |
S band | Short wavelength | 1460–1530 nm |
C band | Conventional | 1530–1565 nm |
L band | Long wavelength | 1565–1625 nm |
U band | Ultralong wavelength | 1625–1675 nm |
Tabel 1: Gereserveerde telecommunicatie golflengtes in het infrarode spectrum
Bij infrarode communicatie wordt er vaak een LED of laser gebruikt om het signaal te genereren. De frequentie of amplitude wordt niet veranderd, de diode wordt alleen zeer snel uit- en aangeschakeld. Dit is eigenlijk ook een vorm van amplitudemodulatie; het signaal over de diode zal in zeer korte tijd een grote amplitude (er wordt een korte puls infrarood licht uitgezonden) en een lage amplitude (onder de werkspanning dus er zal geen infrarood licht uitgezonden worden).
Figuur 1: Het infrarode spectrum in het elektromagnetische spectrum
Consumer Infrared (CIR)
Om zinvolle dataoverdracht mogelijk te maken moet het signaal worden gemoduleerd zodat de iedere bit door de ontvanger herkend kan worden. Er is nooit een standaard protocol gekomen waar iedere fabrikant zich aan heeft gehouden maar er zijn over het algemeen wel twee protocollen die zeer gebruikelijk zijn. Dit zijn bi-phase modulation en pulse position modulation, al kennen zelfs deze twee standaard modulatietechnieken verschillende implementaties per fabrikant. Daarom worden de algemene/meest gebruikelijke modulaties behandeld.
Bi-Phase Modulation (of Binary Phase Shift Keying ) is zoals gezegd een populaire modulatie techniek. Deze vorm van modulatie maakt het signaal ongevoeliger voor ruis en verbruikt minder stroom dan andere methoden. Bij het demoduleren van de signalen wordt er naar de duur van het aantal hoge en lage pulsen gekeken, hieruit ontstaat een logische “1” of “0”. Het versturen van een bit duurt 1778 µS waarbij er voor een logische “0” de eerste helft een pulserend signaal wordt gestuurd en voor een logische “1” wordt er de tweede helft een pulserend signaal gestuurd.
Figuur 2: Bi-Phase Data Modulatie
Bij pulse position modulation wordt het ontvangen signaal met een referentiesignaal vergeleken. Aan de hand van de verschuiving van de puls kan worden bekeken welke bit het signaal voor stelt. Deze techniek wordt ook veel gebruikt, nadeel is alleen dat de ontvanger en bron allebei een gesynchroniseerd referentiesignaal nodig hebben.
Figuur 3: Pulse Position Data Modulatie
Bovenliggende Protocollen
Bovenop de modulatiemethoden zijn allerhande protocollen gebaseerd die pas door de software worden geïnterpreteerd. Een bekend protocol dat vaak voor infrarode communicatie wordt gebruikt en daarom zeker vernoemd moet worden is het RC5 protocol. Dit protocol wordt vaak voor afstandbedieningen gebruikt en bevat uitgebreide foutcorrectie omdat de IR sensor meestal veel achtergrond infrarode bronnen ontvangt zoals van TL-Buizen en zonlicht.
Figuur 4: Schematische weergave van het RC5 Protocol