comunicaciones infrarrojas
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COMUNICACIONES INFRARROJAS
JOSÉ GAIBOR 37
SILVIA POALACIN 246100
LENIN ANGÜISACA 4
CRISTIAN MONTERO 246233
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo se describe las características
principales de los sistemas infrarrojos de comunicaciones
inalámbricas.
Se enfatiza en las características que estos presentan y que
les dan ventajas respecto a los sistemas inalámbricos de
Radio Frecuencia.
Describimos su clasificación.
Se analizan las propiedades, ventajas y limitaciones, así
como sus aplicaciones.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS INFRARROJOS
Los sistemas de comunicaciones infrarrojos ofrecen ventajas
significativas respecto a los sistemas de radio frecuencia.
Al utilizar luz, los sistemas Infrarrojos de comunicaciones
cuentan con un canal cuyo potencial de ancho de banda es muy
grande y no están regulados en ninguna parte del planeta.
Los sistemas infrarrojos de comunicaciones son inmunes a
interferencias y ruido de tipo radioeléctrico. Como la luz
infrarroja no puede atravesar paredes, es posible operar al menos
6 enlaces en cada cuarto de un edificio sin interferencia con los
demás, permitiendo así una alta densidad de reúso del sistema,
obteniéndose una gran capacidad por unidad de área.
Una característica es que el confinamiento de las señales
infrarrojas hace difícil que escuchas clandestinos las puedan
captar.
La única manera de que las señales infrarrojas se pudieran captar sinpermiso, es a través de las ventanas, pero si estas se cubren con persianaso cortinas se evitara tal situación de inseguridad, sin la necesidad de loscomplicados algoritmos de cifrado utilizados en los sistemas de RF.
Aunque los sistemas infrarrojos son inmunes al ruido e interferencias detipo radioeléctrico, estos sufren de degradaciones causadas por el ruidoinfrarrojo proveniente principalmente del sol y de fuentes de luzfluorescente e incandescente. El ruido infrarrojo, junto con las pérdidas depropagación limita el alcance de los sistemas infrarrojos, debido a que larelación señal a ruido (S/N) en el receptor disminuye a medida que nosalejamos del transmisor, o a medida que aumentamos el ángulo de visiónen el detector.
Una forma de mejorar la relación S/N es aumentando la potencia de la señal transmitida. La relación S/N se puede mejorar si aumentamos la potencia óptica captada por el detector, y si reducimos el nivel de ruido en este.
Lo primero se realiza por medio de concentradores ópticos, los cuales, actúan como amplificadores.
Y lo segundo se logra mediante filtros ópticos pasa banda, que solo dejan pasar un intervalo estrecho de longitudes de onda.
Figura 1. Ejemplos de sistemas infrarrojos de comunicaciones inalámbricas. (a) Terrestre, (b) tierra-aire, (c) entre dispositivos de computo, (d) tierra-satélite, (e) aire-submarino, (f) Inter-satelital.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS INFRARROJOS.
Los sistemas IR se pueden clasificar de acuerdo a dos criterios.
El primero es el grado de direccionalidad del transmisor y delreceptor, así podemos encontrar enlaces dirigidos, enlaces nodirigidos y enlaces directos.
LOS ENLACES DIRIGIDOS emplean transmisores y receptoresaltamente direccionales, los cuales deben apuntar uno al otro ohacia un área común para establecer el enlace.
LOS ENLACES NO DIRIGIDOS se emplean transmisores yreceptores de gran ángulo, disminuyendo así la necesidad de talapuntamiento.
ENLACES DIRECTOS se maximiza la eficiencia de potencia, yaque esta se dirige en un rango muy pequeño de direcciones, y porlo mismo se minimizan las pérdidas de propagación y larecepción de ruido causado por la luz ambiental.
El segundo criterio de clasificación está relacionado conla existencia o no de una línea de vista entre eltransmisor y el receptor.
ENLACES SEGÚN LA LÍNEA DE VISTA, la luzemitida por el transmisor llega directamente al receptor,y en los ENLACES SIN LÍNEA DE VISTA, la luz quesale del transmisor llega al receptor generalmentedespués de haberse reflejado en una o variassuperficies.
Un enlace de línea de vista puede servir, por ejemplo,para enviar datos al robot desde sensores, establecer ydetectar balizas en el entorno, comunicar varios robotsentre sí, o para que una persona dé órdenes utilizando unaparato convencional de control remoto (como el de laTV).
SISTEMAS INFRARROJOS PUNTO A PUNTO. En un enlace punto a punto, el transmisor concentra su potencia
en una pequeña región del espacio, por lo cual, este sistema es elque mayor distancia puede alcanzar.
El receptor capta luz infrarroja solo de una pequeña región delespacio, produciéndose así un mínimo de distorsión pormultitrayectorias y de ruido causado por las fuentes de luzambiental.
Un ejemplo de sistemas infrarrojos punto a punto para ambientesexteriores es el Terra Link, de “AstroTerra Corporation", el cual,en optimas condiciones atmosféricas transmite a razones de 622Mbps y alcanza una distancia de 3.5 km. La principal aplicaciónde este producto es la interconexión de redes de altavelocidad, tales como, “Fast Ethernet" (125 Mbps), FDDI (125Mbps) y ATM (155 y 622 Mbps).
Estos sistemas son más económicos y presentan mayoresfacilidades que los sistemas de radio diseñados con propósitossimilares.
SISTEMAS INFRARROJOS CUASI-DIFUSOS.
En el modo casi-difuso, el tipo de emisión es radial; esto es, la emisión seproduce en todas direcciones, al contrario que en el modo punto a punto. Setransmite hacia distintas superficies reflectantes, las cuales redirigirán elhaz de luz hacia la estación receptora.
Podemos distinguir dos tipos de reflexión: pasiva y activa.
En la reflexión pasiva, la superficie reflectante simplemente refleja la señal,debido a las cualidades reflexivas del material.
En la reflexión activa, el medio reflectante no sólo refleja la señal, sino queademás la amplifica. En este caso, el medio reflectante se conoce comosatélite.
SISTEMAS INFRARROJOS DIFUSOS
Los sistemas IR difusos son los más fáciles de utilizar y los más robustos, nose requiere apuntar tanto al transmisor como al receptor, ni se requiere quehaya línea de vista entre estos.
Los sistemas IR difusos tienen más altas perdidas de propagación,requiriendo altas potencias de transmisión y un receptor que tenga una granárea de colección de luz.
Transmisores difusos típicos emplean varios LEDs, los cuales sonorientados en diferentes direcciones, para proveer una diversidad detrayectorias de propagación.
ENLACES INFRARROJOS EN LA PRÁCTICA El enlace se divide, en una sección de emisión y otra de recepción.
EMISION Los elementos utilizados son LEDs especializados, lo más
importante es elegirlos bien en base a su potencia de emisión, tipo de lentilla,
consumo de energía y frecuencia de operación.
El receptor debe ser capaz de separar la señal real de otras radiaciones de
infrarrojo, como la de la luz del sol, e incluso la de algunos equipos de
iluminación incandescente, y de fuentes de calor en general.
Los dispositivos disponibles en el comercio, que son los que se utilizan en los
equipos con control remoto, están diseñados especialmente para este uso. Estos
sensores tienen señales de salida fácilmente adaptables a los
microcontroladores, así que son fáciles de conectar.
RECEPTORES DE INFRARROJOS.
Los receptores de infrarrojos codificados integran en un chip el elemento
sensible al infrarrojo, una lente, un filtro de espectro y toda la lógica necesaria
para distinguir señales moduladas a una determinada frecuencia.
DIODOS EMISORES DE LUZ.
Los LEDs son diodos semiconductores que operan en polarizacióndirecta y emiten luz cuando los huecos y los electrones serecombinan en la zona activa. En el mercado están disponibles dostipos de LEDs, los de emisión de superficie y los de emisión dearista. Los primeros emiten luz con un patrón
SENSORES REFLEXIVOS
Este tipo de sensor presenta una cara frontal en la queencontramos tanto al LED como al fototransistor. Debido a estaconfiguración el sistema tiene que medir la radiación provenientedel reflejo de la luz emitida por el LED.
APLICACIONES DE UN SENSOR INFRARROJO
Están diseñados especialmente para la detección, clasificación yposicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferenciasde superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.
Este componente puede tener la apariencia de un LED normal, ladiferencia radica en que la luz emitida por él no es visible para elojo humano, únicamente puede ser percibida por otros dispositivoselectrónicos.
SEGURIDAD OCULARLos sistemas infrarrojos pueden resultar riesgosos para la salud si sediseñan Y operan incorrectamente. Cuando se utiliza una fuenteóptica laser, la luz de esta puede penetrar en los ojos y puede causardaño a la retina si es que sobrepasa cierta potencia.
Los niveles de potencia contenidos en la clase 1 son los únicos que seconsideran como seguros para los ojos. Los sistemas punto a puntoexteriores generalmente utilizan láseres de alta potencia queoperan en la clasificación 3B, con lo cual, se obtiene un buenpresupuesto de potencia. Estos niveles no son seguros para los ojos,por lo cual, se debe cuidar que ninguna persona entre en contacto conel sistema.
INFRARROJO VS. RADIO FRECUENCIA Las transmisiones de radio frecuencia tienen la desventaja de que
los países están tratando de ponerse de acuerdo en cuanto a lasbandas que cada uno puede utilizar. La transmisión Infrarroja notiene este inconveniente por lo tanto es actualmente unaalternativa para las Redes Inalámbricas.
El sistema infrarrojo no necesita de licencia del gobierno paraoperar en contraste con los sistemas de radio.
La comunicación con infrarrojo no se puede usar en exterioresporque el sol brilla con igual intensidad en el infrarrojo como en elespectro visible.
La comunicación con infrarrojo tiende a tener menor alcance que lacomunicación por radio frecuencia.
Las transmisiones de radio frecuencia son omnidireccionalesmientras que las transmisiones infrarrojas mejoran su alcance ycalidad si se encuentran alineados el transmisor y el receptor.
CIRCUITO APLICATIVO