Vollduplex-Transceiver für die optische drahtlose Hochgeschwindigkeitskommunikation

Diese Arbeit befasst sich mit der Realisierung eines optisch-drahtlosen Transceivers für mehrere Gigabit pro Sekunde, mit einem kleinen Formfaktor zur Integration in tragbare Geräte. Ziel ist es einen bidirektionalen, positionierungstoleranten Transceiver zu ermög­lichen, der in Anwendung­en wie zum Beispiel in Docking-Stationen oder als Steckerersatz dienen kann, in denen bestehende Funklösungen nicht zuverlässig sind oder genügend hohe Datenraten bereitstellen können. Ausgangspunkt dieser Arbeit sind IrDA-Transceiver mit Datenraten von wenigen Kilobit bis Megabit pro Sekunde, die mit der Zeit von schnelleren und komfortableren Funksystemen verdrängt wurden. Die Moti­vation ist, diese Art der optisch-drahtlosen Transceiver im Gigabit-Bereich zu ermög­lichen. Die Arbeit untersucht im ersten Teil die elektrischen und optischen Übertragungseigen­schaften des Transceivers für kurze Distanzen im Zentimeterbereich. Die Arbeit verfolgt dabei den Weg der breit­bandigen Intensitätsmodulation auf Basis von Laserdioden und zeigt die steigenden Herausforderungen eines weiten Abstrahl­verhaltens bei zunehm­enden Datenraten. Die Untersuchungen beginnen mit der Kon­zeption verfügbarer und integrationsfähiger Technologien. Optische und elektrische Zusammenhänge werden analysiert und eine geeignete Architektur daraus abgeleitet. Dies mündet in ein Link‑Budget, welches den Parameterraum des Kommunikations­bereiches der Gigabit-Transceiver darstellt. In den weiteren Schritten wird der untersuchte Trans­ceiver mit seinen optischen Eigen­schaften simuliert und optimiert. Messergebnisse der reali­sierten Transceiver stellen die Kommunikationsqualität umfas­send dar. Die Arbeit legt in den Untersuchungen zusätzlich Wert auf die heraus­fordernde Vollduplex-Kommunikation. Im Vergleich zur Halbduplex-Kommuni­kation besitzt diese die Proble­matik des Übersprechens, jedoch sogleich einen vereinfachten und latenzärmeren Kommunikationsablauf. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche bidirektionale Übertragung für verschiedene Gigabit-Datenraten in Bezug zur Signal­leistung, der Reichweite und dem Abstrahlbereich. Im zweiten Teil geht die vorliegende Arbeit auf den Systemkontext der digitalen Datenverarbeitung und der bidirektionalen optischen Kommunikation ein. Die Arbeit beschreibt die Einbettung des optisch-drahtlosen Transceivers in ein Kommunikations­system. Mit dem Ziel der Miniaturisie­rung des Formfaktors wird untersucht, inwiefern sich weitere Protokollschichten und eine standardi­sierte Datenschnittstelle in den Transceiver integrieren lassen. Anhand der Erstel­lung einer Framing-Logik als Chip wird der Flächenbedarf ermittelt.