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@@ -2,78 +2,63 @@
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## Übersicht
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Das Infrarot-Kommunikationsprotokoll basiert auf Pulse-Distance-Codierung mit 38 kHz Träger und ist ähnlich Sony SIRC, aber optimiert für die Anforderungen des Lasertag-Systems. Das Protokoll bietet robuste Übertragung mit CRC-Fehlerprüfung und kurzen Frame-Zeiten (~36 ms).
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Das Infrarot-Kommunikationsprotokoll basiert auf Pulse-Distance-Codierung mit 38 kHz Träger und ist ähnlich Sony SIRC, aber optimiert für die Anforderungen des Lasertag-Systems. Das Protokoll bietet robuste Übertragung mit CRC-Fehlerprüfung und kurzen Frame-Zeiten (~36 ms).
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## Physikalische Schicht
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| Parameter | Wert | Anmerkung |
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|-----------|------|----------|
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| Trägerfrequenz | 38 kHz | Standard für TSOP48xx Empfänger |
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| Trägerfrequenz | 38 kHz | Standard für TSOP48xx Empfänger |
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| Tastgrad (Duty Cycle) | 50 % | Konfigurierbar (25–75 %) |
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| Modulation | PWM mit Pulse-Distance-Codierung | Hardware-basiert via nRF52 PWM-Peripheral |
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| Empfänger | TSOP4838 (kompatibel) | Active-Low Ausgang, 38 kHz Bandpass |
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| Empfänger | TSOP4838 (kompatibel) | Active-Low Ausgang, 38 kHz Bandpass |
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## Timing-Spezifikation
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| Symbol | Dauer | Toleranz | Beschreibung |
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|--------|-------|----------|-------------|
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| **Start Burst** | 2400 µs | ±200 µs | Frame-Synchronisations-Impuls |
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| **Mark** | 600 µs | ±100 µs | Träger AN (konstant für alle Bits) |
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| **Space 0** | 600 µs | ±100 µs | Träger AUS für logisch 0 |
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| **Space 1** | 1200 µs | ±150 µs | Träger AUS für logisch 1 |
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| **Start Burst** | 4 × Basistakt (Standard 2400 µs) | ±200 µs | Träger AN, Frame-Synchronisations-Impuls |
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| **Gap** | 1 × Basistakt (Standard 600 µs) | ±100 µs | Träger AUS nach Start (optional, konfigurierbar) |
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| **Mark** | 1 × Basistakt (Standard 600 µs) | ±100 µs | Träger AN (konstant für alle Bits) |
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| **Space 0** | 1 × Basistakt (Standard 600 µs) | ±100 µs | Träger AUS für logisch 0 |
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| **Space 1** | 2 × Basistakt (Standard 1200 µs) | ±150 µs | Träger AUS für logisch 1 |
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**Basistakt:** `CONFIG_IR_PROTO_BASE_US` (Standard 600 µs). Alle Zeiten ergeben sich daraus per Multiplikatoren (`IR_PROTO_*_MULT`).
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### Bit-Codierung
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```
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Bit 0: [Mark 600µs] + [Space 600µs] = 1.2 ms
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Bit 1: [Mark 600µs] + [Space 1.2ms] = 1.8 ms
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Bit 0: [Mark 600µs] + [Space 600µs] = 1.2 ms
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Bit 1: [Mark 600µs] + [Space 1.2ms] = 1.8 ms
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```
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### Beispiel-Wellenform (3 Bits: `101`)
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### Beispiel-Wellenform (3 Bits: `101`)
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**Träger-Timing für Bits 1-0-1:**
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| Segment | Dauer | State | Bit-Wert |
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|---------|-------|-------|---------|
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| Mark | 600 µs | AN | |
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| Space 1 | 1200 µs | AUS | **1** (1.8 ms total) |
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| Mark | 600 µs | AN | |
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| Space 0| 600 µs | AUS | **0** (1.2 ms total) |
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| Mark | 600 µs | AN | |
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| Space 1| 1200 µs | AUS | **1** (1.8 ms total) |
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```mermaid
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block-beta
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columns 8
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mark1["Mark<br>600 µs"] space1["Space 1<br>1200 µs"]:2 mark2["Mark<br>600 µs"] space2["Space 0<br>600 µs"] mark3["Mark<br>600 µs"] space3["Space 1<br>1200 µs"]:2
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bit1["<b>1</b>"]:3 bit2["<b>0</b>"]:2 bit3["<b>1</b>"]:3
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style space1 fill:none
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style space2 fill:none
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style space3 fill:none
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```
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| Mark | 600 µs | AN | |
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| Space 1 | 1200 µs | AUS | **1** (1.8 ms total) |
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| Mark | 600 µs | AN | |
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| Space 0 | 600 µs | AUS | **0** (1.2 ms total) |
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| Mark | 600 µs | AN | |
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| Space 1 | 1200 µs | AUS | **1** (1.8 ms total) |
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## Frame-Format
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Alle Frames bestehen aus 24 Bits, übertragen MSB-first:
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Alle Frames bestehen aus 24 Bits, übertragen MSB-first:
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| Feld | Start Burst | Type | Data | CRC8 |
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|------|-------------|------|------|------|
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| **Dauer** | 2400 µs | 3 Bits | 13 Bits | 8 Bits |
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| **Funktion** | Synchronisation | Frame-Typ | Payload | Fehlerprüfung |
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| **Summe** | – | – | – | **24 Bits** |
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```mermaid
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||||
packet-beta
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title Frame
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+3: "Typ"
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+13: "Payload"
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+8: "Fehlerprüfung"
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```
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| Feld | Start Burst + Gap | Type | Data | CRC8 |
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|------|-------------------|------|------|------|
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| **Dauer** | (Start: 4× Basis) + (Gap: 1× Basis) | 3 Bits | 13 Bits | 8 Bits |
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| **Funktion** | Synchronisation | Frame-Typ | Payload | Fehlerprüfung |
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| **Summe** | – | – | – | **24 Bits** |
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**Gesamte Frame-Zeit:** ~36 ms (Start + 24 × 1.5 ms durchschnittliche Bit-Zeit)
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**Gesamte Frame-Zeit:** ~39 ms bei Standardwerten (Start 2400 µs + Gap 600 µs + 24 × 1.5 ms Bit-Durchschnitt). Mit angepasstem Basistakt/Multi skaliert alles linear.
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### Type-Feld (3 Bits)
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### Type-Feld (3 Bits)
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| Wert | Typ | Beschreibung |
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|------|-----|-------------|
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@@ -83,7 +68,7 @@ title Frame
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| `011` | Admin | System-Steuerbefehle |
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| `100`–`111` | Reserviert | Zukünftige Nutzung |
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### Data-Feld (13 Bits) – Type-abhängig
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### Data-Feld (13 Bits) – Type-abhängig
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#### Hit-Frame (`000`)
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@@ -112,12 +97,12 @@ title Frame
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|-----------|------|-------------|-------------|
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| 0–12 | Command Data | 0–8191 | Implementierungsdefinierte Steuerbefehle |
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### CRC-Feld (8 Bits)
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### CRC-Feld (8 Bits)
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- **Algorithmus:** CRC-8-CCITT
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- **Polynom:** 0x07 (x⁸ + x² + x + 1)
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- **Initialwert:** 0x00
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- **Eingabe:** Type (3 Bits) + Data (13 Bits) = 16 Bits
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- **Eingabe:** Type (3 Bits) + Data (13 Bits) = 16 Bits
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- **Zweck:** Fehlererkennung bei Bitfehlern durch Umgebungslicht oder Interferenzen
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**Erwartete Fehlererkennungsrate:** >99.5 % für Einfach- oder Doppelbitfehler
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@@ -131,7 +116,7 @@ Type: 000 (Hit)
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Data: 00101010 01010 (ShooterID=42, Damage=10)
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CRC8: [berechnet aus obigen Daten]
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Kompletter Frame (24 Bits):
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Kompletter Frame (24 Bits):
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000 00101010 01010 CCCCCCCC
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│ │ │ └─ CRC8
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│ │ └─ Damage (10)
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@@ -141,10 +126,10 @@ Kompletter Frame (24 Bits):
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**Übertragungsabfolge:**
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1. Start Burst: 2400 µs Träger AN
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2. Bit 0 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
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3. Bit 1 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
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4. Bit 2 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
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1. Start Burst: 2400 µs Träger AN
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2. Bit 0 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
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3. Bit 1 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
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4. Bit 2 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
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5. ... (21 weitere Bits)
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6. Ende: Träger AUS
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@@ -158,9 +143,9 @@ Kompletter Frame (24 Bits):
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### Software-State-Machine
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1. **IDLE:** Auf Start Burst warten (2000–2800 µs)
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1. **IDLE:** Auf Start Burst warten (2000–2800 µs)
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2. **SYNC:** Start Burst erkannt, Vorbereitung zur Bit-Empfang
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3. **DATA:** Space nach jedem Mark messen, 24 Bits dekodieren
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||||
3. **DATA:** Space nach jedem Mark messen, 24 Bits dekodieren
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4. **VALIDATE:** CRC prüfen, Frame bei Gültigkeit verarbeiten
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### Timing-Toleranzen
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@@ -173,12 +158,14 @@ Kompletter Frame (24 Bits):
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Die Protokoll-Timing kann via Kconfig für verschiedene Umgebungen angepasst werden:
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- `CONFIG_IR_SEND_CARRIER_HZ`: Trägerfrequenz (30–45 kHz)
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- `CONFIG_IR_SEND_CARRIER_HZ`: Trägerfrequenz (30–45 kHz)
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- `CONFIG_IR_SEND_DUTY_CYCLE_PERCENT`: PWM Tastgrad (25–75 %)
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||||
- `CONFIG_IR_SEND_MARK_US`: Mark-Dauer (300–1000 µs)
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- `CONFIG_IR_SEND_SPACE0_US`: Space für Bit 0 (300–1000 µs)
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- `CONFIG_IR_SEND_SPACE1_US`: Space für Bit 1 (800–2000 µs)
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- `CONFIG_IR_SEND_START_BURST_US`: Start Burst (1500–4000 µs)
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- `CONFIG_IR_PROTO_BASE_US`: Basistakt (300–1000 µs)
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- `CONFIG_IR_PROTO_START_MULT`: Startburst-Faktor (2–8)
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- `CONFIG_IR_PROTO_GAP_MULT`: Gap-Faktor (0–4; 0 = kein Gap)
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- `CONFIG_IR_PROTO_MARK_MULT`: Mark-Faktor (1–2)
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- `CONFIG_IR_PROTO_SPACE0_MULT`: Space0-Faktor (1–3)
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- `CONFIG_IR_PROTO_SPACE1_MULT`: Space1-Faktor (1–4)
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Die Standardwerte folgen Sony SIRC Timing-Konventionen für bewährte Zuverlässigkeit.
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@@ -186,12 +173,12 @@ Die Standardwerte folgen Sony SIRC Timing-Konventionen für bewährte Zuverläss
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| Metrik | Wert |
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| Frame-Zeit | ~36 ms |
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| Datenrate | ~670 bit/s |
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| Frame-Zeit | ~39 ms |
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| Datenrate | ~410 bit/s |
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| Max. Spieler-IDs | 256 |
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| Reichweite (Außen) | ~50–100 m (abhängig von Sender-Leistung und Umgebungslicht) |
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| Reichweite (Außen) | ~50–100 m (abhängig von Sender-Leistung und Umgebungslicht) |
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| Fehler-Erkennung | >99.5 % via CRC-8 |
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| Störfestigkeit | Hoch (Hardware-Bandpass 38 kHz) |
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| Störfestigkeit | Hoch (Hardware-Bandpass 38 kHz) |
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