Дослідники з Токійського політехнічного університету розробили недорогу систему передавання даних через видиме світло (VLC, Visible Light Communication), яка стабільно працює навіть за яскравого сонячного освітлення. Під час експериментів система забезпечила швидкість передавання 3,48 Мбіт/с на відстані кількох метрів просто неба, повідомляє Interesting Engineering.

Проблема VLC: сонячне світло і спотворення сигналу

Технологія VLC давно розглядається як альтернатива класичному бездротовому зв’язку, оскільки використовує світлові імпульси світлодіодів замість радіохвиль. Це робить її перспективною в умовах перевантаженого або регульованого радіочастотного спектра.

Однак практичне застосування VLC обмежувалося двома ключовими проблемами:

• сильними перешкодами від природного освітлення, зокрема сонця;
• спотворенням сигналу через фізичні характеристики світлодіодів.

Ключове рішення — нова схема кодування 8B13B

Японські науковці вирішили ці проблеми за допомогою нової схеми лінійного кодування 8B13B, спеціально адаптованої для VLC. Її реалізували на програмованій логічній мікросхемі (FPGA) з використанням мови опису апаратури Verilog.

Система складається з:

• FPGA з блоками передавання і приймання сигналів;
• мікрокомп’ютера Raspberry Pi, підключеного через стандартний інтерфейс SPI;
• звичайних світлодіодів і комерційно доступних електронних компонентів.

Як працює кодування

Схема 8B13B використовує формат «повернення до нуля» (Return-to-Zero) та забезпечує баланс між бітами високого і низького рівня. Це дає одразу кілька переваг:

• зменшує видиме мерехтіння світла;
• покращує синхронізацію між передавачем і приймачем;
• робить систему менш чутливою до варіацій тривалості імпульсів, характерних для світлодіодів.

Передавання даних базується переважно на моментах увімкнення світлових імпульсів, що підвищує стійкість до шумів і зовнішнього освітлення.

Стабільна робота навіть під прямим сонцем

Під час випробувань система зберігала стабільний зв’язок:

• на відстані близько 3 метрів;
• при освітленості понад 90 000 люксів, що відповідає прямому сонячному світлу.

Такого результату вдалося досягти завдяки:

• використанню кількох фотодіодів у приймачі;
• вузькосмуговому оптичному фільтру, який ефективно пригнічує фонове освітлення.

Де це може застосовуватися

Найперспективнішою сферою застосування VLC дослідники вважають транспортну інфраструктуру. Технологія може забезпечувати передавання даних:

• від світлофорів і вуличних ліхтарів до автомобілів;
• між елементами дорожньої інфраструктури та автономними транспортними засобами.

Це відкриває можливості для передавання критично важливої інформації — про стан перехресть, небезпечні ділянки або «сліпі зони», підвищуючи безпеку дорожнього руху.

Освітній потенціал

Окрім практичних застосувань, розробка може використовуватися як навчальна платформа. Система поєднує:

• аналогову електроніку;
• цифрову логіку;
• програмне забезпечення.

Це робить її зручним інструментом для вивчення сучасних систем зв’язку та вбудованих рішень.