Исследователи из Токийского политехнического университета представили недорогую систему передачи данных через видимый свет, которая эффективно работает даже при ярком солнечном освещении. Технология основана на обычных светодиодах и массово доступных электронных компонентах. Во время тестов система обеспечила стабильную передачу информации со скоростью 3,48 Мбит/с на расстоянии нескольких метров под открытым небом, сообщает Interesting Engineering.
Основой разработки стала новая схема кодирования 8B13B, которую ученые реализовали на программируемой логической микросхеме (Field-Programmable Gate Array, FPGA). Ее соединили с микрокомпьютером Raspberry Pi через стандартный интерфейс SPI. Такое техническое решение позволило решить две ключевые проблемы технологии VLC (Visible Light Communication) — искажение световых сигналов и помехи от естественного освещения.
Технология передачи данных через видимый свет привлекает внимание специалистов как альтернатива классическим радиотехнологиям. В отличие от стандартной беспроводной связи, VLC использует световые импульсы от светодиодов вместо радиоволн. Это позволяет применять систему в условиях, где радиочастотный спектр перегружен или его использование ограничено техническими или нормативными требованиями.
Наиболее перспективной сферой применения VLC считается транспортная инфраструктура. В частности, технологию можно использовать для передачи информации от светофоров или уличных светильников непосредственно в автомобили. В то же время практическому внедрению ранее мешали высокие требования к условиям эксплуатации — система была чувствительна к внешнему освещению и техническим особенностям светодиодов.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
Ученые из Токийского политехнического университета продемонстрировали возможность преодоления этих ограничений. Они разработали специализированную схему линейного кодирования 8B13B, адаптированную к специфике VLC, и реализовали блоки передачи и приема сигналов с помощью языка описания аппаратуры Verilog на FPGA. Принципиально важно, что вся система состоит исключительно из коммерчески доступных комплектующих.
Предложенная схема кодирования использует формат «возврат к нулю» и обеспечивает сбалансированное количество битов высокого и низкого уровня. Это уменьшает видимое мерцание света и гарантирует надежную синхронизацию. Передача информации основывается преимущественно на моментах включения световых импульсов, что делает систему устойчивой к вариациям их продолжительности, вызванным физическими характеристиками светодиодов.
Экспериментальные испытания подтвердили высокую надежность системы. Даже на расстоянии около трех метров при освещенности более 90 тысяч люксов, что соответствует прямому солнечному свету, передача данных оставалась стабильной. Чтобы достичь такого результата, исследователи применили приемник с несколькими фотодиодами и узкополосным оптическим фильтром, который эффективно подавляет фоновое освещение.
Разработчики отмечают широкие перспективы практического применения системы. В будущем технологию можно использовать для передачи критически важной информации от дорожной инфраструктуры к транспортным средствам — например, данных о состоянии перекрестков или наличии «слепых зон». Это повысит безопасность дорожного движения, в том числе при эксплуатации автономных транспортных средств.
Помимо транспортного сектора, ученые предлагают использовать разработанную систему в качестве образовательной платформы. Она объединяет аналоговую электронику, цифровую логику и программное обеспечение в едином технологическом комплексе, что делает ее ценным инструментом для изучения современных систем связи.
