Comunicarea laser cu extratereștri. Sisteme de comunicații cu laser

Săptămâna aceasta au fost cunoscute rezultatele unui fel de lună lunară. comunicare cu laser. Testul a avut loc peste 30 de zile în condiții dificile din cauza prafului lunar. A fost un dirijor special care se află în acest momentîn cadrul orbitei lunare. Acest test a arătat că sistemul de comunicații este pe deplin funcțional în ciuda distanței. Comunică la fel de bine ca orice semnal radio de la NASA.

Această tehnologie demonstrează utilizarea practică a laserelor de bandă largă pentru interconectare și comunicații. Această legătură, sau mai degrabă încărcarea sa, se realizează mult mai rapid decât o comunicare radio similară. Aceasta metoda vă permite să primiți un semnal pe Pământ la o viteză de 622 Mbit și să trimiteți cu 20 Mbit. Această viteză a fost înregistrată pe 20 octombrie. A fost transmis de la Lună pe Pământ cu ajutorul unui fascicul laser pulsat. Acest semnal a fost primit de o stație din New Mexico, care face parte din colaborare SUA și Spania.

Laserele au mare avantajîn fața semnalelor radio. Ei sunt cei care au cel mai mare randament. De asemenea, este important să transmiteți date folosind un fascicul coerent specific. Acest lucru contribuie la un consum mai mic de energie la transmiterea semnalelor pe distanțe lungi.

Cercetătorii de la NASA susțin că testul programului a trecut cu mare succes. Nu se așteptau la astfel de rezultate. Mesajul laser a fost primit și transmis înapoi pe orbită chiar și în cele mai multe conditii dificile. Acest lucru confirmă teoria conform căreia, indiferent de interferență, semnalul va ajunge pe Pământ. Nici praful cosmic, nici distanța nu reprezintă un obstacol în calea semnalului laser. Chiar și în momentele în care stratul atmosferic a crescut, transmisia semnalului a fost efectuată fără probleme speciale, ceea ce indică eficacitatea a acestui aparat. Nu a existat nicio urmă de neîncredere printre scepticii de la NASA când nici măcar norii nu au devenit un obstacol în calea transmiterii semnalului.

În mod surprinzător, nu a existat o singură eroare în semnal. Procedura amintește de comunicare telefon mobil. În plus, funcționează fără intervenția umană. Sistemul se poate bloca chiar și atunci când pentru o lungă perioadă de timp Nu există semnal care vine de la stațiile de la sol.

Sistemele de transmisie de date cu laser sunt concepute pentru a organiza unidirecțional și comunicare duplexîntre obiectele aflate în raza vizuală.
Free Space Optics - tehnologia FSO, care include comunicația optică atmosferică (AOLC) și canalul de comunicație optică fără fir (BOX) este o modalitate transmisie fără fir informații în partea de unde scurte a spectrului electromagnetic. Se bazează pe principiul transferului semnal digital prin atmosferă (sau spațiul cosmic) prin modularea radiațiilor (infraroșii sau vizibile) și detectarea ulterioară a acesteia de către un fotodetector optic.
Starea actuală a wireless comunicatii optice vă permite să creați canale de comunicație fiabile la distanțe de la 100 la 1500-2000 m în atmosferă și până la 100.000 km în spațiul cosmic, de exemplu, pentru comunicarea între sateliți. Fiind solutie alternativaÎn ceea ce privește fibra optică, liniile de transmisie a datelor optice atmosferice (AODL) vă permit să creați rapid un canal de comunicație optică fără fir.

1. Legătură de comunicație optică atmosferică

Dezvoltarea rapidă a pieței de telecomunicații necesită linii de transmisie de date de mare viteză. Cu toate acestea, garnitura fibra optica presupune o investiție substanțială și, în principiu, nu este întotdeauna posibilă.
O alternativă firească în acest caz o reprezintă liniile de comunicație wireless cu microunde, dar problema obținerii rapide a permisiunilor de frecvență limitează drastic perspectivele de utilizare a acestora, mai ales în orașele mari.
Altă cale comunicații fără fir sunt linii de comunicații optice (laser sau comunicații optice) care utilizează o topologie punct la punct sau un mod de acces punct la multipunct. Comunicarea optică se realizează prin transmiterea de informații folosind undele electromagnetice domeniul optic. Un exemplu de comunicare optică este transmiterea de mesaje folosite în trecut folosind focuri de tabără sau alfabet semafor. În anii 60 ai secolului XX, au fost create lasere și a devenit posibilă construirea sistemelor de comunicații optice în bandă largă. Prima linie de comunicație atmosferică (ALC) din Moscova a apărut la sfârșitul anilor 60: a fost lansată linie telefonicaîntre clădirea Universității de Stat din Moscova de pe Dealurile Lenin și Piața Zubovskaya cu o lungime de peste 5 km. Calitate semnal transmis respectat pe deplin standardele. În aceiași ani, au fost efectuate experimente cu SLA la Leningrad, Gorki, Tbilisi și Erevan. În general, testele au avut succes, dar la acea vreme experții considerau că sunt proaste vreme a făcut comunicarea cu laser nesigură și a fost considerată nepromițătoare.
Utilizarea semnalelor cu modulație continuă (analogică), care era folosită în acei ani, a dus la atenuarea anormală a semnalului optic datorită influenței atmosferei.
Utilizarea modernă pe scară largă a SLA în multe țări din întreaga lume a început în 1998, când au fost create lasere semiconductoare ieftine cu o putere de 100 mW sau mai mult și utilizarea prelucrare digitală semnalul a făcut posibilă evitarea atenuării anormale a semnalului și retransmiterea pachetului de informații atunci când este detectată o eroare.
În același timp, a apărut nevoia de comunicații cu laser, deoarece acestea au început să se dezvolte rapid tehnologia de informație. Numărul de abonați care necesită furnizarea de servicii de telecomunicații precum Internet, telefonie IP, televiziune prin cablu Cu un numar mare canale, retele de calculatoare etc. Ca urmare, a apărut problema „ultimul mile” (conectarea unui canal de comunicație în bandă largă la Utilizator final). Culcat nou rețele de cablu necesită investiții mari de capital, iar în unele cazuri, mai ales în zonele urbane dense, este foarte dificilă sau chiar imposibilă.
Soluția optimă la problema ultimei secțiuni este utilizarea linii fără fir transferuri.
Avantajele liniilor de comunicație fără fir sunt evidente: sunt rentabile (nu este nevoie să săpați șanțuri pentru a pune cabluri și a închiria teren); costuri de operare reduse; înalt debitului si calitate comunicatii digitale; implementare rapidăși modificarea configurației rețelei; depășirea ușoară a obstacolelor - căi ferate, râuri, munți etc.
Comunicațiile wireless în raza radio sunt limitate de aglomerație și deficit gama de frecvente, secret insuficient, susceptibilitate la interferențe, inclusiv intenționate și de la canalele adiacente, consum crescut de energie. În plus, comunicațiile radio necesită aprobare îndelungată și înregistrare cu atribuirea de frecvențe de către Autoritatea de Stat de Supraveghere a Comunicațiilor din Federația Rusă, închiriere pentru canal și certificare obligatorie a echipamentelor radio de către Comisia de Stat pentru Frecvențe Radio. Utilizarea mijloacelor laser elimină această problemă dificilă. Acest lucru se datorează faptului că, în primul rând, frecvența radiației sisteme laser comunicarea depășește intervalul în care este necesară coordonarea (în Rusia), în al doilea rând, prin lipsa posibilităților practice de detectare și identificare a acestora ca mijloace de schimb de informații.
Proprietățile de bază ale sistemelor laser:
securitate aproape absolută a canalului împotriva accesului neautorizat și, în consecință, nivel inalt imunitate la zgomot și imunitate la zgomot datorită posibilității de a concentra întreaga energie a semnalului în unghiuri de fracțiuni de minute de arc (în laser sisteme spațiale comunicații) până la zeci de grade (sisteme de comunicații interioare complet accesibile);
capacitate mare de informare a canalelor (până la zeci de Gbit/s)
nu există întârzieri în transmiterea informațiilor (ping<1ms) как у радиолиний
absența semnelor de demascare pronunțate (în principal radiații electromagnetice colaterale) și posibilitatea de camuflaj suplimentar, care face posibilă ascunderea nu numai a informațiilor transmise, ci și a faptului însuși al schimbului de informații.
În plus, mulți experți notează siguranța biologică a acestor sisteme, deoarece densitatea medie a puterii radiației în sistemele laser pentru diverse scopuri este de aproximativ 3-6 ori mai mică decât iradierea creată de Soare, precum și simplitatea principiilor lor. construcție și exploatare, precum și costul relativ scăzut în comparație cu mijloacele tradiționale de transmitere a informațiilor într-un scop similar.
Proiecta:
Linia de comunicație cu laser constă din două stații identice instalate una față de cealaltă în cadrul liniei de vedere (Fig. 1).

Orez. 1. Design ALS

Structura tuturor stațiilor ALS este aproape aceeași: modul de interfață, modulator, laser, sistem optic transmițător, sistem optic receptor, demodulator și modul de interfață receptor. Emițătorul este un emițător bazat pe o diodă laser cu semiconductor pulsat (uneori un LED obișnuit). Receptorul în cele mai multe cazuri se bazează pe o fotodiodă pin de mare viteză sau pe o fotodiodă de avalanșă.
Fluxul de date transmis de la echipamentul utilizatorului merge la modulul de interfață și apoi la modulatorul emițătorului. Semnalul este apoi convertit de un laser de injecție extrem de eficient în radiație optică infraroșie, colimată de optică într-un fascicul îngust și transmis prin atmosferă către receptor. În punctul opus, radiația optică recepționată este focalizată de o lentilă de recepție pe locul unui fotodetector de mare viteză foarte sensibil (fotodiode de avalanșă sau pin), unde este detectată. După amplificare și procesare ulterioară, semnalul este trimis către interfața receptorului și de acolo către echipamentul utilizatorului. În mod similar, în modul duplex, fluxul de date de contor are loc simultan și independent.
Deoarece raza laser este transmisă între punctele de comunicare din atmosferă, distribuția sa este foarte dependentă de condițiile meteorologice, de prezența fumului, a prafului și a altor poluanți ai aerului. Cu toate acestea, în ciuda acestor probleme, comunicația laser atmosferică s-a dovedit a fi destul de fiabilă pe distanțe de câțiva kilometri și este deosebit de promițătoare pentru rezolvarea problemei „ultimul mile”.
Să luăm în considerare influența atmosferei asupra calității comunicațiilor wireless în infraroșu. Propagarea radiației laser în atmosferă este însoțită de o serie de fenomene de interacțiune liniară și neliniară a luminii cu mediul. Pe baza caracteristicilor pur calitative, aceste fenomene pot fi împărțite în trei grupuri principale:
1. absorbția (interacțiunea directă a unui fascicul de fotoni cu moleculele atmosferice);
2. împrăștiere prin aerosoli (praf, ploaie, zăpadă, ceață);
3. fluctuaţiile radiaţiilor datorate turbulenţelor atmosferice.

Comunicarea cu fascicul laser prin atmosferă a devenit acum o realitate. Asigură transmiterea unei cantități mari de informații cu fiabilitate ridicată pe distanțe de până la 5 km și rezolvă multe probleme dificile. Prin urmare, interesul pentru acest tip de comunicare a crescut recent.

¹Fluctuații (din latină fluctuatio - fluctuație), abateri aleatorii ale mărimilor fizice de la valorile lor medii.
²Sursa Internet: http://laseritc.ru/?id=93

2. Canal de comunicare optic fără fir

Canalul de comunicații optice fără fir (BOX) este un dispozitiv care transmite date prin atmosferă. Este conceput pentru a crea un canal de transmisie de date conform standardului Ethernet. BOXING constă din două transceiver identice (conducte optice) instalate pe ambele părți ale canalului de comunicație. Fiecare unitate constă dintr-un modul transceiver, un vizor, un cablu de interfață (5 m lungime), un sistem de ghidare, un suport, o sursă de alimentare și o unitate de acces.
Modulul transceiver include un transmițător de radiație optică foarte direcțională în domeniul IR (constând dintr-un LED semiconductor în infraroșu) și un receptor - un LED foarte sensibil. LED-urile funcționează la o lungime de undă de 0,87 microni. Câteva exemple de producători autohtoni de sisteme BOX și caracteristicile acestora sunt descrise în Tabelul 1.
Tabel 1. Dispozitive pentru crearea canalelor optice de comunicare

Figura 2 arată clar BOX-10M.

Orez. 2. CUTIE-10M

Principiul de funcționare:
Să luăm în considerare procesul de transmitere a datelor folosind un canal optic (Fig. 3). Semnalul electric de la portul Ethernet se deplasează prin cablul de interfață către transmițător, unde LED-ul îl transformă în radiație IR, care trece prin separatorul de fascicul și este focalizată de lentilă într-un fascicul îngust. După ce a trecut prin atmosferă, o parte din radiație lovește lentila altui transceiver, este focalizată și trimisă la receptor printr-un divizor de fascicul. Receptorul convertește radiația IR într-un semnal electric, care este trimis printr-un cablu de interfață către portul Ethernet. Sursa de alimentare alimentează emițătorul, receptorul, unitatea de afișare și sistemul de prevenire a aburirii/gheții a lentilei.

Orez. 3. Principiul general de funcționare al dispozitivului din familia BOX.

Fiabilitatea transmisiei se realizează în primul rând prin ghidare corectă și rezerve de energie. Cu o țintire corectă, rezerva de energie a sistemului ar trebui să fie de patru ori pentru modelele BOX-10ML și BOX-10M (cu alte cuvinte, acoperind 4/5 din lentilele obiectivului, avem un canal de încredere 100% pe vreme bună). Modelul BOX-10MPD are o rezervă de energie de 16 ori. În acest caz, disponibilitatea canalului pe tot parcursul anului va fi de 99,7-99,9%. Cu cât rezerva de energie a sistemului este mai mare, cu atât este mai mare fiabilitatea canalului, care în mod ideal ajunge la 99,99%.
În plus, funcționarea fiabilă a sistemului se datorează metodei de acces media CSMA/CD utilizată în rețelele Ethernet. Orice coliziune - înrăutățirea condițiilor meteorologice sau apariția unui obstacol de scurtă durată duce la retransmiterea pachetului la nivel fizic, dar chiar dacă se întâmplă ca coliziunea să nu fie auzită (acest lucru este posibil, de exemplu, în BOX- Modelele 10ML și BOX-10M datorită faptului că timpul de comutare de la recepție la transmisie este, desigur, egal cu 4 μs) și pachetul este pierdut, atunci protocoalele de nivel superior care funcționează cu garanție de livrare vor urmări acest incident. iar cererea va fi repetată.
O conexiune prin atmosferă nu oferă niciodată o garanție 100% a conexiunii, așa că este posibil ca, de exemplu, în condiții meteorologice nefavorabile (zăpadă abundentă, ceață foarte densă, ploaie abundentă etc.) canalul să nu funcționeze. Dar, în acest caz, încetarea comunicării va fi temporară, iar după ce condițiile se vor îmbunătăți, conexiunea va fi restabilită de la sine. Pentru a reduce probabilitatea pierderii comunicării din cauza condițiilor meteorologice, este necesar să instalați modele cu o distanță de operare mai mare, ceea ce crește energia fluxului luminos și, în consecință, fiabilitatea sistemului în ansamblu.
O altă condiție pentru funcționarea fiabilă și stabilă a sistemului este coincidența centrului punctului geometric de iluminare al emițătorului cu centrul lentilei receptorului. Încărcările vântului, precum și vibrațiile mecanice și sezoniere ale suportului pot îndepărta sistemul din zona punctului de lumină, drept urmare conexiunea va dispărea. Întregul design al sistemelor și dimensiunea punctului de iluminare de la transmițător sunt coordonate astfel încât să fie redusă la minimum probabilitatea pierderii comunicării din motivele de mai sus. La indicare se rezolvă următoarea problemă geometrică: din punctul obținut în timpul punctării brute, este necesară mutarea sistemului în centrul geometric al spotului de iluminare din fluxul luminos al emițătorului, fixând în final sistemul de indicare în această poziție. Folosind un sistem standard de ghidare, această problemă este rezolvată în 35 de iterații.
Instalare:
Transceiverele pot fi instalate pe acoperiș sau pe suprafețele pereților. BOX-ul este montat pe un suport metalic, care vă permite să reglați unghiul de înclinare orizontal și vertical (Fig. 4). Transceiver-ul este conectat printr-o unitate specială de acces; perechile răsucite categoria 5 (UTP) sunt de obicei folosite ca cabluri de conectare. Pe partea canalului optic, unitatea de acces este conectată la transceiver printr-un cablu de interfață, care utilizează un cablu obișnuit cu pereche răsucită, echipat cu conectori speciali. Pe de altă parte, unitatea de acces se conectează la un computer sau dispozitiv de rețea (router sau switch).
Unitatea de acces și sursa de alimentare a transceiver-ului sunt întotdeauna instalate în interior una lângă alta. Acestea pot fi montate pe perete sau plasate în aceleași rafturi care sunt folosite pentru echipamentele LAN.
Pentru o funcționare fiabilă, trebuie luate în considerare următoarele recomandări:
clădirile trebuie să fie în raza de vizibilitate (fasciul nu trebuie să întâlnească obstacole opace de-a lungul întregului traseu);
este mai bine dacă dispozitivul este amplasat cât mai sus posibil deasupra solului și într-un loc greu accesibil;
la instalarea sistemului, ar trebui să evitați orientarea transceiver-urilor în direcția est-vest (această cerință specifică este explicată destul de simplu: razele soarelui la răsărit sau la apus pot bloca radiația timp de câteva minute, iar transmisia se va opri);
În apropierea punctului de montare nu trebuie să existe motoare, compresoare etc., deoarece vibrațiile pot duce la deplasarea conductei și la ruperea conexiunii.

Orez. 4. Diagrama sistemului de ghidare

Tipuri de conexiune:
Figura 5 prezintă tipurile posibile de conexiuni BOX.

Orez. 5. Tipuri de conexiuni BOX

În diverse surse există un număr mare de denumiri de echipamente pentru transmisia de date fără fir în intervalul de lungimi de undă în infraroșu. În străinătate, această clasă de sisteme este de obicei numită FSO - Free Space Optics; în spațiul post-sovietic, există o serie de denumiri pentru sistemele de comunicații optice fără fir. Ca bază, ar trebui să luați abrevierea BOX - canal de comunicație optică fără fir, așa cum se reflectă în certificatul Sistemului de comunicare (CCS).

Cercetarea activă a microundelor a început la mijlocul secolului al XX-lea. Fizicianul american Charles Townes a decis să mărească intensitatea fasciculului cu microunde. După ce a excitat moleculele de amoniac la niveluri ridicate de energie prin căldură sau stimulare electrică, omul de știință a trecut apoi un fascicul slab de microunde prin ele. Rezultatul a fost un amplificator puternic cu microunde, pe care Townes l-a numit „maser” în 1953. În 1958, Townes și Arthur Schawlow au făcut următorul pas: în loc să folosească cuptorul cu microunde, au încercat să amplifice lumina vizibilă. Pe baza acestor experimente, Maiman a creat primul laser în 1960.

Crearea laserului a făcut posibilă rezolvarea unei game largi de probleme care au contribuit la evoluții semnificative în știință și tehnologie. Ceea ce a făcut posibilă la sfârșitul secolului XX și începutul secolului XXI obținerea unor astfel de dezvoltări precum: linii de comunicație cu fibră optică, lasere medicale, prelucrare cu laser a materialelor (tratare termică, sudură, tăiere, gravare etc.), laser îndrumare și desemnare ținte, imprimante laser, cititoare de coduri de bare și multe altele. Toate aceste invenții au simplificat foarte mult viața unui om obișnuit și au permis dezvoltarea de noi soluții tehnice.

Acest articol va răspunde la următoarele întrebări:

1) Ce este comunicarea laser fără fir? Cum s-a realizat?

2) Care sunt condițiile de utilizare a comunicațiilor laser în spațiu?

3) Ce echipament este necesar pentru implementarea comunicațiilor cu laser?

Definirea comunicației laser wireless, metode de implementare a acesteia.

Comunicarea laser wireless este un tip de comunicare optică care utilizează unde electromagnetice în domeniul optic (lumina) transmise prin atmosferă sau vid.

Comunicarea laser între două obiecte se realizează numai printr-o conexiune punct la punct. Tehnologia se bazează pe transmisia de date folosind radiații modulate în partea infraroșie a spectrului prin atmosferă. Transmițătorul este o diodă laser semiconductoare puternică. Informațiile intră în modulul transceiver, în care sunt codificate cu diverse coduri rezistente la zgomot, modulate de un emițător optic laser și focalizate de sistemul optic al emițătorului într-un fascicul laser îngust colimat și transmise în atmosferă.

La capătul de recepție, sistemul optic concentrează semnalul optic pe o fotodiodă foarte sensibilă (sau fotodiodă de avalanșă), care transformă fasciculul optic într-un semnal electric. Mai mult, cu cât frecvența este mai mare (până la 1,5 GHz), cu atât este mai mare volumul de informații transmise. Semnalul este apoi demodulat și convertit în semnale de interfață de ieșire.

Lungimea de undă în majoritatea sistemelor implementate variază între 700-950 nm sau 1550 nm, în funcție de dioda laser utilizată.

Din cele de mai sus rezultă că elementele cheie ale instrumentului pentru comunicarea cu laser sunt o diodă laser cu semiconductor și o fotodiodă foarte sensibilă (fotodiodă de avalanșă). Să ne uităm puțin mai detaliat la principiul funcționării lor.

Dioda laser este un laser semiconductor construit pe baza unei diode. Lucrarea sa se bazează pe apariția inversării populației în regiunea joncțiunii pn la injectarea purtătorilor de sarcină. Un exemplu de diodă laser modernă este oferit în Figura 1.

Fotodiodele de avalanșă sunt dispozitive semiconductoare foarte sensibile care transformă lumina într-un semnal electric datorită efectului fotoelectric. Ele pot fi considerate fotodetectoare care asigură amplificare internă prin efectul de multiplicare a avalanșei. Din punct de vedere funcțional, aceștia sunt analogi în stare solidă ai fotomultiplicatorilor. Fotodiodele de avalanșă au o sensibilitate mai mare în comparație cu alte fotodetectoare cu semiconductor, ceea ce le permite să fie utilizate pentru înregistrarea puterilor luminoase scăzute (≲ 1 nW). Un exemplu de fotodiodă modernă pentru avalanșă este oferit în Figura 2.

Condiții de utilizare a comunicațiilor laser în spațiu.

Una dintre zonele promițătoare pentru dezvoltarea sistemelor de comunicații spațiale sunt sistemele bazate pe transmiterea informațiilor printr-un canal laser, deoarece aceste sisteme pot oferi un randament mai mare, cu un consum mai mic de energie, dimensiuni generale și greutatea echipamentelor transceiver decât sistemele de comunicații radio utilizate în prezent.

Potențial, sistemele de comunicații laser spațiale pot oferi un flux de informații cu viteză extrem de mare - de la 10-100 Mbit/s la 1-10 Gbit/s și mai mult.

Cu toate acestea, există o serie de probleme tehnice care trebuie rezolvate pentru a implementa canale de comunicație cu laser între nava spațială (SC) și Pământ:

• este necesară o precizie ridicată a ghidării și urmăririi reciproce la distanțe de la jumătate de mie la zeci de mii de kilometri și atunci când transportatorii se deplasează la viteze cosmice.
• Principiile de primire și transmitere a informațiilor prin intermediul unui canal laser devin semnificativ mai complicate.
• Echipamentele opto-electronice devin din ce în ce mai complexe: optică de precizie, mecanică de precizie, lasere cu semiconductor și fibră, receptoare foarte sensibile.

Experimente privind implementarea comunicațiilor laser spațiale

Experimentele privind implementarea sistemelor de comunicații cu laser pentru transmiterea unor cantități mari de informații sunt efectuate atât de Rusia, cât și de Statele Unite ale Americii.

Sistem de comunicare cu laser RF (SLS)

În 2013, a fost efectuat primul experiment rusesc pentru a transmite informații folosind sisteme laser de pe Pământ către segmentul rusesc al Stației Spațiale Internaționale (RS ISS) și înapoi.

Experimentul spațial SLS a fost realizat cu scopul de a testa și demonstra tehnologia și echipamentul rusesc pentru primirea și transmiterea informațiilor printr-o linie de comunicație laser spațială.

Obiectivele experimentului sunt:

• testarea, în condiții de zbor spațial pe ISS RS, a principalelor soluții tehnologice și de proiectare încorporate în dotarea standard a sistemului de transmisie a informațiilor laser intersatelit;
• dezvoltarea tehnologiei de recepție și transmitere a informațiilor folosind o linie de comunicație laser;
• studiul posibilității și condițiilor de funcționare a liniilor de comunicație laser „la bordul navei spațiale – stația terestră” în diferite condiții atmosferice.

Experimentul este planificat să fie realizat în două etape.

În prima etapă, un sistem de recepție și transmitere a informațiilor circulă de-a lungul liniilor „la bordul RS ISS–Earth” (3, 125, 622 Mbit/s) și „Earth–on board RS ISS” (3 Mbit/s). ) este în curs de dezvoltare.

În a doua etapă, este planificată dezvoltarea unui sistem de ghidare de înaltă precizie și a unui sistem de transmitere a informațiilor de-a lungul liniei „la bordul satelitului ISS RS – releu”.

Sistemul de comunicare cu laser din prima etapă a experimentului SLS include două subsisteme principale:

• terminal de comunicații laser de bord (BTLS), instalat pe segmentul rus al Stației Spațiale Internaționale (Figura 3);
• terminal laser la sol (GLT) instalat la stația de observare optică Arkhyz din Caucazul de Nord (Figura 4).

Obiecte de studiu la etapa 1 a FE:

• echipament terminal de comunicații laser de bord (BTLN);
• echipamente terminale de comunicații laser la sol (GLT);
• canal de propagare a radiației atmosferice.

Figura 4. Terminal laser la sol: pavilion astro cu unitate optic-mecanică și telescop de aliniere

Sistem de comunicare cu laser (LCS) - etapa 2.

A doua etapă a experimentului va fi efectuată după finalizarea cu succes a primei etape și pregătirea unei nave spațiale specializate de tip „Luch” pe GEO cu un terminal la bord al sistemului de transmitere a informațiilor laser inter-sateliți. Din păcate, informații despre dacă a doua etapă a fost efectuată sau nu nu au putut fi găsite în sursele deschise. Poate că rezultatele experimentului au fost clasificate sau a doua etapă nu a fost niciodată efectuată. Schema de transfer de informații este prezentată în Figura 5.

Proiect OPALS SUA

Aproape simultan, agenția spațială americană NASA începe să implementeze sistemul laser OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science).

„OPALS reprezintă primul loc experimental pentru dezvoltarea tehnologiilor de comunicații spațiale cu laser, iar Stația Spațială Internațională va servi drept loc de testare pentru OPALS”, a declarat Michael Kokorowski, manager de proiect OPALS și membru al Laboratorului de propulsie cu reacție (JPL) al NASA. Jet Propulsion Laboratory, JPL, „Viitoarele sisteme de comunicații cu laser care vor fi dezvoltate pe baza tehnologiilor OPALS vor putea face schimb de volume mari de informații, eliminând blocajul care în unele cazuri împiedică cercetarea și întreprinderea comercială”.

Sistemul OPALS este un container sigilat care conține componente electronice conectate printr-un cablu optic la un dispozitiv de transmitere și recepție laser (Figura 6). Acest dispozitiv include un colimator laser și o cameră de urmărire montată pe o platformă în mișcare. Instalația OPALS va fi trimisă la ISS la bordul navei spațiale Dragon, care va fi lansată în spațiu în decembrie anul acesta. Odată livrate, containerul și transmițătorul vor fi instalate în afara stației și va începe un program de testare pe teren de 90 de zile pentru sistem.

Principiul de funcționare al OPALS:

De pe Pământ, specialiștii de la Laboratorul Telescopului de Comunicații Optice vor trimite un fascicul de lumină laser către stația spațială, care va acționa ca un far. Echipamentul sistemului OPALS, care a captat acest semnal, folosind unități speciale, își va îndrepta emițătorul către un telescop de la sol, care va servi drept receptor și va transmite un semnal de răspuns. Dacă nu există interferențe pe calea de propagare a fasciculelor de lumină laser, se va stabili un canal de comunicare și va începe transmiterea de informații video și telemetrice, care va dura aproximativ 100 de secunde pentru prima dată.

European Data Relay System abreviat EDRS.

Sistemul European de Releu de Date (EDRS) este un proiect planificat de Agenția Spațială Europeană pentru a crea o constelație de sateliți geostaționari moderni care vor transmite informații între sateliți, nave spațiale, vehicule aeriene fără pilot (UAV) și stații terestre, oferind o transmisie mai rapidă decât metodele tradiționale. . viteza datelor, chiar și în condiții de dezastre naturale și provocate de om.

EDRS va folosi noua tehnologie de comunicații laser Laser Communication Terminal (LCT). Terminalul laser va permite transmiterea informațiilor la o viteză de 1,8 Gbit/s. Tehnologia LCT va permite sateliților EDRS să transmită și să primească aproximativ 50 de terabytes de date pe zi aproape în timp real.

Primul satelit de comunicații EDRS este programat să se lanseze pe orbită geostaționară la începutul anului 2016 de la Cosmodromul Baikonur pe un vehicul rusesc de lansare Proton. Odată ajuns pe orbita geosincronă deasupra Europei, satelitul va transporta legături de comunicații laser între cei patru sateliți Copernicus de observare a Pământului Sentinel-1 și Sentinel-2, vehicule aeriene fără pilot și stații terestre din Europa, Africa, America Latină, Orientul Mijlociu și coasta de nord-est a Statelor Unite.

Un al doilea satelit similar va fi lansat în 2017, iar lansarea unui al treilea satelit este planificată pentru 2020. Împreună, acești trei sateliți vor putea acoperi întreaga planetă cu comunicații laser.

Perspective pentru dezvoltarea comunicațiilor laser în spațiu.

Avantajele comunicației cu laser în comparație cu comunicațiile radio:

• transmiterea de informații pe distanțe mari
• viteză mare de transmisie
• compactitatea și ușurința echipamentelor de transmisie a datelor
• eficienta energetica

Dezavantajele comunicării cu laser:

• necesitatea punctării precise a dispozitivelor de recepție și transmisie
• probleme atmosferice (înnorire, praf etc.)

Comunicațiile cu laser fac posibilă transmiterea datelor pe distanțe mult mai mari în comparație cu comunicațiile radio; viteza de transmisie, datorită concentrației mari de energie și a unei frecvențe purtătoare mult mai mari (în ordine de mărime), este de asemenea mai mare. Eficiența energetică, greutatea redusă și compactitatea sunt, de asemenea, de câteva ori sau ordine de mărime mai bune. Dificultățile sub forma necesității de ghidare precisă a dispozitivelor de recepție și transmisie pot fi rezolvate cu mijloace tehnice moderne. În plus, dispozitivele de recepție de la sol pot fi amplasate în zone ale Pământului în care numărul de zile înnorate este minim.

Pe lângă problemele prezentate mai sus, mai există o problemă - divergența și atenuarea fasciculului laser la trecerea prin atmosferă. Problema se agravează mai ales când fasciculul trece prin straturi cu densități diferite. Când trece prin interfața dintre medii, un fascicul de lumină, inclusiv un fascicul laser, experimentează refracții deosebit de puternice, împrăștiere și atenuare. În acest caz, putem observa un fel de spot luminos rezultat tocmai din trecerea unei astfel de interfețe între medii. Există mai multe astfel de limite în atmosfera Pământului - la o altitudine de aproximativ 2 km (stratul atmosferic de vreme activă), la o altitudine de aproximativ 10 km și la o altitudine de aproximativ 80-100 km, adică deja la limita spațiului. . Înălțimile straturilor sunt date pentru latitudini medii vara. Pentru alte latitudini și alte anotimpuri, înălțimile și chiar numărul de interfețe dintre medii pot diferi foarte mult de cele descrise.

Astfel, la intrarea în atmosfera Pământului, un fascicul laser, care a parcurs cu calm milioane de kilometri fără pierderi (cu excepția poate o ușoară defocalizare), își pierde partea leului din puterea sa în câteva zeci de kilometri nefericite. Cu toate acestea, putem transforma acest fapt, rău la prima vedere, în avantajul nostru. Deoarece acest fapt ne permite să facem fără nicio țintire serioasă a fasciculului către receptor. Pentru că, ca atare receptor, sau mai degrabă un receptor primar, putem folosi tocmai aceste limite între straturi și media. Putem îndrepta telescopul spre punctul de lumină rezultat și putem citi informații din acesta. Desigur, acest lucru va crește semnificativ cantitatea de interferență și va reduce rata de transfer de date. Și va face totul imposibil în timpul zilei. Dar acest lucru va face posibilă reducerea costului navei spațiale prin economisirea sistemului de ghidare. Acest lucru este valabil mai ales pentru sateliții pe orbite non-staționare, precum și pentru navele spațiale pentru cercetarea în spațiul adânc.

În momentul de față, dacă luăm în considerare comunicațiile Pământ-nave și nave spațiale-Pământ, soluția optimă este sinergia comunicațiilor laser și radio. Este destul de convenabil și promițător să transmiteți date de la navă spațială pe Pământ folosind comunicații laser și de la Pământ la navă spațială folosind comunicații radio. Acest lucru se datorează faptului că modulul de recepție laser este un sistem destul de voluminos (cel mai adesea un telescop) care captează radiația laser și o convertește în semnale electrice, care sunt apoi amplificate folosind metode cunoscute și convertite în informații utile. Un astfel de sistem nu este ușor de instalat pe o navă spațială, deoarece cel mai adesea cerințele sunt compactitatea și greutatea redusă. În același timp, transmițătorul de semnal laser este mic ca dimensiune și greutate în comparație cu antenele pentru transmiterea semnalelor radio.

Alexander Lobinsky

În ultimul număr al SR am experimentat o nouă metodă de prezentare a știrilor „cu discuții și comentarii” și se pare că inițiativa le-a plăcut cititorilor noștri. De data aceasta, materialul publicat pe cunoscutul portal de știri ZDNet despre sistemele de comunicații cu laser intră din nou sub control. Și un specialist de la compania belarusă Belana vă împărtășește părerile sale despre acest subiect.

publicație pe ZDNet:

Laserele rezolvă problema lățimii de bandă

Transportatorii și producătorii de echipamente testează de luni de zile tehnologia de date de mare viteză pentru întreprinderi, numită „lasere în spațiu deschis” sau „optic wireless”, care până de curând a rămas subiect de dezbatere teoretică, cercetare și proiecte pilot.
Terabeam și FSONA Communications intenționează să introducă în viitorul apropiat primele produse și servicii comerciale bazate pe această tehnologie. „Este deja clar că este gata de utilizare pe scară largă”, spune analistul independent al industriei de telecomunicații Jeff Kagan. "Este timpul să-l oferim pieței și să vedem cum va ieși. Este clar că nu va fi fără probleme. Dar dacă funcționează, putem conta pe un succes uriaș."

Laserele din gama optică invizibilă sunt inofensive pentru ochiul uman și fac posibilă asigurarea accesului de mare viteză la Internet și la rețelele corporative printr-un fascicul care trece printr-o fereastră de birou.
Tehnologia oferă performanțe mai rapide decât rețelele wireless existente și este mai ieftină decât comunicațiile cu fibră optică, care necesită ca cablurile să fie așezate peste străzi. Laserele au potențialul de a rezolva o problemă importantă cu care se confruntă industria telecomunicațiilor.

În timp ce rețele mari la nivel național există deja, construcția și modernizarea rețelelor intracity este abia la început. Prin urmare, întreprinderile trebuie adesea să aștepte luni de zile înainte de a li se asigura acces la internet sau comunicare cu un birou la distanță. Cu toate acestea, succesul tehnologiei laser nu este nicidecum garantat. În primul rând, fasciculul laser este afectat de ceață densă, care poate interfera cu propagarea și poate reduce fiabilitatea comunicării. În plus, analiștii spun că comunicațiile cu laser se vor confrunta cu provocări, cum ar fi scepticismul pieței și aplicațiile limitate, în comparație cu radioul de linie fixă ​​și legăturile directe de fibră optică.

concurent periculos

Cu toate acestea, directorii companiilor care lucrează cu tehnologia laser cred că este pregătită să concureze cu mijloace alternative de transmitere a datelor. „Simțim că este timpul să facem publicitatea”, spune CEO-ul Terabeam, Dan Hesse, care a părăsit un loc de muncă bine plătit la AT&T Wireless pentru a conduce compania de lasere. Terabeam oferă viteze de date de până la 1 Gbps în Seattle și se pregătește să lanseze o campanie de marketing majoră în luna viitoare. Terabeam deservește doi clienți locali - agenția de publicitate digitală Avenue A și Simpson Investment - cu un al treilea care urmează să se alăture în zilele următoare. Până la sfârșitul anului, este planificată să înceapă vânzarea de servicii în alte cinci orașe din SUA. „Alte tehnologii necesită autorizații și cabluri lungi.

Putem trimite un semnal optic direct prin geam, care de obicei este transmis prin cabluri groase. Vedem tehnologia noastră ca pe o extensie a fibrei optice”, spune Hesse.
Strategia companiei este diferită prin faptul că intenționează să opereze atât ca furnizor de servicii, cât și ca producător de echipamente laser. AT&T a urmat aceeași strategie în primii săi ani, când a funcționat atât ca operator, cât și ca producător de echipamente telefonice. Tera-beam a semnat un acord pentru dezvoltarea hardware-ului împreună cu Lucent Technologies. Lucent deține un pachet de 30% din Terabeam Labs, o societate mixtă de hardware ai cărei directori visează să se desprindă pentru a deveni propria sa companie în câțiva ani. FSONA plănuiește să anunțe săptămâna viitoare primele produse laser pentru operatorii de telecomunicații.
În aprilie, compania va începe să vândă sistemul său laser SONAbeam 155-2, capabil să transmită date la 155 Mbps pe distanțe de până la 2 km, la un preț de 20.000 USD pentru echipamente de transmisie și recepție. „Vom lansa primul produs de comunicații fără cablu optice pentru piața de masă”, spune inginerul șef FSONA Stephen Mecherle. „Ar trebui să devină o piatră de încercare pentru această tehnologie.”
FSONA și-a triplat recent capacitatea de producție prin deschiderea unei noi clădiri în Vancouver cu o suprafață de aproximativ 27 de mii de metri pătrați. m.
Intenționând să se extindă în continuare, compania a purtat negocieri preliminare cu potențiali parteneri de peste mări. Anul acesta intenționează să lanseze o versiune mai ieftină a sistemului laser de 155 Mbit/s, care operează pe distanțe mai scurte, precum și un sistem cu un throughput de 622 Mbit/s.

Mulți analiști laudă meritele tehnologiei, dar nu sunt siguri de fiabilitatea acesteia. FSONA estimează că rata de funcționare este de 99%, ceea ce nu este suficient de bun pentru standardele industriei de telecomunicații. Dar compania intenționează să ofere sisteme de backup suplimentare pentru a crește fiabilitatea la 99,9%.
Directorii Terabeam cred că rețeaua lor poate oferi timp de funcționare 99,9% din timp, ceea ce înseamnă aproximativ o zi de oprire pe an.
Capacitățile tehnologiei laser și fiabilitatea acesteia au fost suficiente pentru a-l interesa pe Lucent. Avenue A a fost, de asemenea, mulțumit de serviciul Terabeam până acum, mai ales de cât de repede l-a primit compania în comparație cu timpii de așteptare pentru a se conecta la serviciile companiei de telefonie și la alte servicii de rețea precum WorldCom și Sprint. „Trebuie să aștepți pentru totdeauna canalele”, spune Avenue A CIO, Jamie Marra. - „Când auziți despre perioada de 90 de zile, nu veți mai dori să contactați acești furnizori de servicii.” Avenue A se întoarse spre Terabeam. „Au trecut doar trei săptămâni de când am întrebat: „Ce poți oferi?” și până la instalarea echipamentului”, spune Marra. - „Am primit serviciul rapid și la un preț comparabil cu prețurile companiei de telefonie”.
Terabeam și FSONA nu sunt singurele în căutarea pieței de telecomunicații. Alți furnizori de servicii de comunicații laser includ AirFiber, care a semnat acorduri cu Nortel Networks, Optical Access (soluțiile acestei companii au fost discutate în detaliu în numărul precedent al CP - nota editorului) și LightPointe Communications.

Toate aceste companii ar putea reprezenta o amenințare serioasă pentru furnizorii de servicii de radio fix și gigabit Ethernet. Cu capacitatea de a străluci un fascicul laser direct printr-o fereastră, furnizorii de servicii pot evita achiziționarea de licențe costisitoare de frecvență radio și negocierea cu proprietarii de proprietăți cu privire la drepturile de acces pe acoperiș. „Acest nivel de libertate competitivă poate face să fie nervoși pe Teligent, Winstar și alți furnizori de servicii radio de telefonie fixă”, spune Pat Brogan, director asociat la firma de cercetare The Precursor Group.
Această opinie este împărtășită de alți analiști. Tehnologia de rețea laser, spun ei, ar putea deveni populară dacă aceste aplicații timpurii se dovedesc fiabile și atrăgătoare pentru clienți. „Dacă această tehnologie funcționează conform promisiunii, poate fi un succes”, spune Kagan. „Cu rate ridicate de transfer de date, timpi scurti de instalare și fără a vă deranja cu permisiuni, acest lucru este foarte posibil.”
Corey Grice, ZDNet

Discuția articolului: părerea unui specialist Velana

„Ideea de a transmite informații folosind un fascicul laser nu este deloc nouă. La sfârșitul anilor 80, pe când eram încă școlar, am văzut eu însumi o instalație experimentală la BSUIR (pe atunci MRTI), în care se folosea un fascicul laser pentru a transmite voce. Încercările de a utiliza sisteme similare (t .n. „laser atmosferic”) pentru transmiterea datelor continuă atâta timp cât există rețele de transmisie a datelor. Rezultatele numeroaselor experimente, dintre care unele au dus chiar la lansarea de produse comerciale, s-au dovedit a fi fie foarte contradictorii.Opiniile specialistilor si ale utilizatorilor au fost impartite.
Unii susțin că tehnologia „atmosferică” este foarte promițătoare, dar necesită îmbunătățiri, alții spun că este o pierdere de timp și bani. Iată un exemplu tipic de atitudine sceptică: „Da... Foarte tare. Canalul a căzut.
Motive posibile: vântul împinge frunzele, este smog în curte (un KRAZ a condus pe sub fereastră), ploaie, zăpadă, doamna de curățenie nu a spălat geamul de mult timp, un kamikaze zburând pe fereastră traversat grinda :), un afiș a fost atârnat pe stradă, păsările zboară. Conexiune excelentă, fiabilă, nimic de adăugat. Vă rog, puneți cablul pentru mine.

În plus, „laserele optice invizibile sunt inofensive pentru ochiul uman” este o prostie. Faptul că conurile oculare nu răspund la radiații sub o anumită frecvență nu înseamnă că țesuturile ochiului nu absorb radiațiile.
Dimpotrivă, radiațiile invizibile sunt periculoase, deoarece trece ceva timp înainte ca o persoană să simtă că ceva nu este în regulă. Îți poți pierde cu ușurință ochii. În ceea ce privește setările, la o distanță de 100 de metri (10.000 cm), o perturbare unghiulară de 10/10.000 = 0,001 rad este suficientă pentru a devia fasciculul cu 10 cm. Nu îmi pot imagina cum să asigur o asemenea stabilitate.”
În principiu, opinia prezentată nu este lipsită de logică, la fel ca și cea optimistă prezentată în articolul în discuție.
Să încercăm totuși să ne dăm seama. Faptul că sistemele optice fără fir nu au primit încă acceptarea în masă (absența necesității de a pune linii scumpe de fibră optică le face foarte atractive din punct de vedere economic) se explică printr-o serie de motive. Să încercăm să le analizăm.

1. Tehnologia luată în considerare este eficientă numai la transmiterea datelor pe distanțe lungi. La distanțe scurte (zeci de metri), se folosește tehnologia infraroșu nedirecțională și foarte eficient. Sistemul laser este cu un ordin de mărime inferior acestuia atât ca cost, cât și ca flexibilitate. La distanțe mari, tehnologia laser are dificultăți cu mediul de transmisie a datelor - atmosfera, care, din păcate, nu este întotdeauna transparentă, mai ales în mediile urbane. Depășirea acestei probleme este de a crește puterea laserului.
În urmă cu câțiva ani, această soluție a dus la crearea unor dispozitive care consumau multă energie, costau mulți bani și semănau cu pistoalele turbolaser din Star Wars. Astăzi această problemă a fost în mare măsură rezolvată, deoarece au fost inventate noi tipuri de emițătoare laser compacte, puternice și ieftine.

2. Fasciculul poate fi întrerupt de tot felul de obiecte în mișcare, precum păsări, avioane care zboară jos, frunze, picături etc. În zorii tehnologiilor de rețea, chiar și o întrerupere pe termen scurt a fasciculului a provocat o întrerupere a canalului de transmisie a datelor, ceea ce a contribuit la acordarea titlului de „extrem de instabil” comunicațiilor laser. În zori, dar nu astăzi.
De atunci, au fost dezvoltate o serie întreagă de protocoale de nivel de legătură, concepute pentru comunicații fără fir și capabile să restabilească automat canalul după o întrerupere pe termen scurt. Iar continuitatea fluxurilor de date este asigurată de protocoale de nivel superior (de exemplu TCP/IP).
Astfel, mitul despre instabilitatea comunicației cu laser poate fi infirmat astăzi.

3. Sistemul de comunicare cu laser este dificil de configurat. Într-adevăr, cu un diametru al fasciculului de câțiva milimetri (sau chiar fracțiuni de milimetru), vibrațiile spotului luminos cu o amplitudine de câțiva centimetri pot complica serios întreaga procedură de îndreptare către receptor. Aceasta este una dintre cele mai grave probleme tehnice în comunicarea cu laser atmosferic astăzi. Adevărat, recent au început să apară rapoarte despre dezvoltarea senzorilor optici extrem de sensibili care funcționează în intervale spectrale înguste, ceea ce face posibilă crearea de panouri relativ ieftine cu o suprafață de câteva zeci de centimetri pătrați, insensibile la iluminarea zilei și, prin urmare, permițând recepția stabilă a fasciculului.

Mă îndoiesc că tehnologia de comunicare cu laser atmosferică va fi suficient de ieftină pentru a fi folosită acasă în curând (și nu toată lumea locuiește în clădiri înalte, unde poate fi asigurată linia de vedere).
Cu toate acestea, această tehnologie poate deveni un concurent demn al comunicațiilor radio fixe în rețelele de date corporative. Cu aproximativ același cost al echipamentului, tehnologia laser nu va necesita proceduri dureroase (și foarte costisitoare) pentru izolarea canalelor de frecvență radio, efectuarea lucrărilor la instalarea la mare altitudine a echipamentelor grele și voluminoase și, după cum am menționat mai devreme, se dovedește a fi mai puțin dăunătoare sănătății altora.

Astăzi este imposibil să ne imaginăm viața fără computere și rețele bazate pe ele. Omenirea se află în pragul unei noi lumi în care va fi creat un singur spațiu informațional. În această lume, comunicațiile nu vor mai fi îngreunate de granițele fizice, timp sau distanță.

În zilele noastre există un număr mare de rețele în întreaga lume care îndeplinesc diverse funcții și rezolvă multe probleme diferite. Mai devreme sau mai târziu, vine întotdeauna un moment în care capacitatea rețelei este epuizată și trebuie așezate noi linii de comunicație. Acest lucru este relativ ușor de făcut în interiorul unei clădiri, dar dificultățile încep atunci când conectați două clădiri adiacente. Sunt necesare autorizații speciale, aprobări, licențe pentru efectuarea lucrărilor, precum și îndeplinirea unui număr de cerințe tehnice complexe și satisfacerea unor solicitări financiare considerabile din partea organizațiilor care gestionează terenuri sau canalizare. De regulă, devine imediat clar că cea mai scurtă cale dintre două clădiri nu este o linie dreaptă. Și nu este deloc necesar ca lungimea acestei căi să fie comparabilă cu distanța dintre aceste clădiri.

Desigur, toată lumea cunoaște o soluție wireless bazată pe diverse echipamente radio (modemuri radio, linii relee radio cu canale mici, transmițătoare digitale cu microunde). Dar numărul dificultăților nu scade. Undele sunt suprasaturate și obținerea permisiunii de utilizare a echipamentelor radio este foarte dificilă și uneori chiar imposibilă. Iar debitul acestui echipament depinde în mod semnificativ de costul acestuia.

Ne propunem să folosim un tip nou, economic de comunicare fără fir care a apărut destul de recent - comunicarea cu laser. Această tehnologie a primit cea mai mare dezvoltare în SUA, unde a fost dezvoltată. Comunicațiile cu laser oferă o soluție rentabilă la problema comunicațiilor fiabile, de mare viteză, pe distanță scurtă (1,2 km), care pot apărea la conectarea sistemelor de telecomunicații din diferite clădiri. Utilizarea sa va permite integrarea rețelelor locale cu cele globale, integrarea rețelelor locale la distanță între ele și, de asemenea, să răspundă nevoilor de telefonie digitală. Comunicarea laser acceptă toate interfețele necesare în aceste scopuri - de la RS-232 la ATM.

Cum funcționează comunicarea?

Comunicarea laser permite conexiuni punct la punct cu rate de transfer de informații de până la 155 Mbit/s. În rețelele de calculatoare și telefonie, comunicarea cu laser asigură schimbul de informații în modul full duplex. Pentru aplicațiile care nu necesită viteze mari de transmisie (de exemplu, semnale video și de control în sistemele de televiziune de proces și cu circuit închis), este disponibilă o soluție specială, rentabilă, semi-duplex. Atunci când este necesară combinarea nu numai a rețelelor de computer, ci și a rețelelor de telefonie, modelele de dispozitive laser cu multiplexor încorporat pot fi utilizate pentru a transmite simultan traficul LAN și fluxurile de telefonie de grup digital (E1/ICM30).

Dispozitivele laser pot transmite orice flux de rețea care le este livrat utilizând fibră optică sau cablu de cupru în direcțiile înainte și invers. Transmițătorul convertește semnalele electrice în radiații laser modulate în domeniul infraroșu, cu o lungime de undă de 820 nm și o putere de până la 40 mW. Comunicarea cu laser folosește atmosfera ca mediu de propagare. Raza laser lovește apoi un receptor care are o sensibilitate maximă în intervalul de lungimi de undă a radiației. Receptorul convertește radiația laser în semnale de la interfața electrică sau optică utilizată. Așa se realizează comunicarea folosind sisteme laser.

Familii, modele și caracteristicile lor

În această secțiune, dorim să vă prezentăm cele trei familii ale celor mai populare sisteme laser din SUA - LOO, OmniBeam 2000 și OmniBeam 4000 (Tabelul 1). Familia LOO este de bază și permite comunicații de date și voce până la 1000 m. Familia OmniBeam 2000 are capacități similare, dar funcționează pe o distanță mai mare (până la 1200 m) și poate transmite imagini video și o combinație de date și voce. Familia OmniBeam 4000 poate oferi transfer de date de mare viteză: de la 34 la 52 Mbit/s pe distanțe de până la 1200 m și de la 100 la 155 Mbit/s până la 1000 m. Există și alte familii de sisteme laser pe piață, dar fie acoperă distanțe mai scurte, fie acceptă mai puține protocoale.

Tabelul 1.

Fiecare familie include un set de modele care suportă diferite protocoale de comunicare (Tabelul 2). Familia LOO include modele economice care asigură distanțe de transmisie de până la 200 m (litera „S” la sfârșitul numelui).

Masa 2.

Un avantaj incontestabil al dispozitivelor de comunicații laser este compatibilitatea lor cu majoritatea echipamentelor de telecomunicații pentru diverse scopuri (hub-uri, routere, repetoare, poduri, multiplexe și PBX-uri).

Instalarea sistemelor laser

O etapă importantă în crearea unui sistem este instalarea acestuia. Pornirea efectivă necesită un timp neglijabil în comparație cu instalarea și configurarea echipamentelor laser, care durează câteva ore dacă este efectuată de specialiști bine pregătiți și echipați. În același timp, calitatea funcționării sistemului în sine va depinde de calitatea acestor operațiuni. Prin urmare, înainte de a prezenta opțiuni tipice de includere, am dori să acordăm o oarecare atenție acestor probleme.

Atunci când sunt amplasate în aer liber, transceiver-urile pot fi instalate pe acoperiș sau pe suprafețele pereților. Laserul este montat pe un suport rigid special, de obicei metalic, care este atașat de peretele clădirii. Suportul oferă, de asemenea, posibilitatea de a regla unghiul de înclinare și azimutul fasciculului.

În acest caz, pentru ușurința instalării și întreținerii sistemului, conectarea acestuia se face prin cutii de distribuție (RK). Cablurile de conectare sunt de obicei fibră optică pentru circuitele de transmisie a datelor și cablu de cupru pentru circuitele de putere și control. Dacă echipamentul nu are o interfață optică de date, atunci este posibil să se utilizeze un model cu o interfață electrică sau un modem optic extern.

Unitatea de alimentare (PSU) a transceiver-ului este întotdeauna instalată în interior și poate fi montată pe un perete sau într-un rack care este utilizat pentru echipamente LAN sau sisteme de cablare structurată. În apropiere poate fi instalat și un monitor de stare, care servește la monitorizarea de la distanță a funcționării transceiverelor din familiile OB2000 și OB4000. Utilizarea sa permite diagnosticarea canalului laser, indicarea mărimii semnalului, precum și buclarea semnalului pentru a-l verifica.

Când instalați transceiver-uri laser în interior, este necesar să rețineți că puterea radiației laser scade la trecerea prin sticlă (cel puțin 4% pe fiecare sticlă). O altă problemă o reprezintă picăturile de apă care curg pe exteriorul paharului când plouă. Acestea acționează ca lentile și pot provoca împrăștierea fasciculului. Pentru a reduce acest efect, se recomandă instalarea echipamentului lângă partea superioară a sticlei.

Pentru a asigura o comunicare de înaltă calitate, este necesar să se țină cont de unele cerințe de bază.

Cel mai important dintre ele, fără de care comunicarea va fi imposibilă, este că clădirile trebuie să fie în raza de vedere și să nu existe obstacole opace în calea de propagare a fasciculului. În plus, deoarece fasciculul laser din zona receptorului are un diametru de 2 m, este necesar ca transceiver-urile să fie amplasate deasupra pietonilor și traficului la o înălțime de cel puțin 5 m. Acest lucru se datorează asigurării normelor de siguranță. Transportul este, de asemenea, o sursă de gaze și praf, care afectează fiabilitatea și calitatea transmisiei. Fasciculul nu trebuie proiectat în imediata apropiere sau încrucișat liniile electrice. Este necesar să se țină cont de posibila creștere a copacilor, de mișcarea coroanelor lor în timpul rafalelor de vânt, precum și de influența precipitațiilor și posibilele perturbări din cauza păsărilor zburătoare.

Alegerea corectă a transceiver-ului garantează funcționarea stabilă a canalului în întreaga gamă de condiții climatice din Rusia. De exemplu, un diametru al fasciculului mai mare reduce probabilitatea defecțiunilor cauzate de precipitații.

Echipamentul laser nu este o sursă de radiație electromagnetică (EMR). Cu toate acestea, dacă este plasat lângă dispozitive cu EMR, electronica laserului va capta această radiație, ceea ce poate provoca o schimbare a semnalului atât în ​​receptor, cât și în transmițător. Acest lucru va afecta calitatea comunicației, așa că nu este recomandat să amplasați echipamente laser în apropierea surselor EMR, cum ar fi stații radio puternice, antene etc.

La instalarea unui laser, este recomandabil să evitați emițătoarele-receptoare laser orientate în direcția est-vest, deoarece în câteva zile pe an razele soarelui pot bloca radiația laser timp de câteva minute, iar transmisia va deveni imposibilă, chiar și cu filtre optice speciale în receptor. Știind cum se mișcă soarele pe cer într-o anumită zonă, puteți rezolva cu ușurință această problemă.

Vibrația poate determina deplasarea transceiver-ului laser. Pentru a evita acest lucru, nu este recomandat să instalați sisteme laser în apropierea motoarelor, compresoarelor etc.

Poza 1.
Amplasarea și conectarea transceiver-urilor laser.

Mai multe metode tipice de includere

Comunicarea cu laser va ajuta la rezolvarea problemei comunicării pe distanță scurtă în conexiunile punct la punct. Ca exemple, să ne uităm la câteva opțiuni sau metode tipice de includere. Deci, aveți un birou central (CO) și o sucursală (F), fiecare dintre ele având o rețea de calculatoare.

Figura 2 prezintă o variantă de organizare a unui canal de comunicație pentru cazul în care este necesară combinarea F și DSO, folosind Ethernet ca protocol de rețea și cablu coaxial (gros sau subțire) ca mediu fizic. În CO există un server LAN, iar în F sunt computere care trebuie conectate la acest server. Cu sisteme laser precum modelele LOO-28/LOO-28S sau OB2000E, puteți rezolva cu ușurință această problemă. Puntea este instalată în centrul central, iar repetorul în F. Dacă puntea sau repetorul are o interfață optică, atunci nu este necesar un minimodem optic. Transceiverele laser sunt conectate prin fibră optică duală. Modelul LOO-28S vă va permite să comunicați la o distanță de până la 213 m, iar LOO-28 - până la 1000 m cu un unghi de recepție „încrezător” de 3 mrad. Modelul OB2000E acoperă o distanță de până la 1200 m cu un unghi de recepție „încrezător” de 5 mrad. Toate aceste modele funcționează în modul full duplex și oferă o viteză de transfer de 10 Mbit/s.

Figura 2.
Conectarea unui segment LAN Ethernet la distanță folosind un cablu coaxial.

O opțiune similară pentru combinarea a două rețele Ethernet folosind un cablu cu pereche răsucită (10BaseT) ca mediu fizic este prezentată în Figura 3. Diferența sa este că, în loc de o punte și un repetor, sunt utilizate concentratoare (hub-uri) care au numărul necesar de 10BaseT. conectori și o interfață AUI sau FOIRL pentru conectarea transceiver-urilor laser. În acest caz, este necesar să instalați un transceiver laser LOO-38 sau LOO-38S, care oferă viteza de transmisie necesară în modul full duplex. Modelul LOO-38 poate suporta distante de comunicare de pana la 1000 m, iar modelul LOO-38S poate comunica pana la 213 m.

Figura 3.
Conectarea unui segment LAN Ethernet la distanță bazat pe pereche răsucită.

Figura 4 prezintă o variantă de transmisie combinată de date între două rețele LAN (Ethernet) și un flux digital de grup E1 (PCM30) între două PBX-uri (în CO și F). Pentru a rezolva această problemă, este potrivit modelul OB2846, care asigură transmisie de date și voce la o viteză de 12 (10+2) Mbit/s pe o distanță de până la 1200 m. LAN este conectat la transceiver folosind fibră optică duală printr-un conector SMA standard, iar traficul telefonic este transmis prin cablu coaxial de 75 Ohm prin conector BNC. Trebuie remarcat faptul că multiplexarea fluxurilor de date și de vorbire nu necesită echipamente suplimentare și este realizată de transceiver fără a reduce debitul fiecăruia dintre ele separat.

Figura 4.
Integrarea retelelor de calculatoare si telefonie.

O opțiune pentru transferul de date de mare viteză între două rețele LAN (LAN „A” în centrul central și LAN „B” în F) folosind comutatoare ATM și transceiver-uri laser este prezentată în Figura 5. Modelul OB4000 va rezolva problema -viteza comunicarea pe raza scurta de actiune intr-un mod optim. Veți avea posibilitatea de a transmite fluxuri E3, OC1, SONET1 și ATM52 la vitezele necesare pe o distanță de până la 1200 m și 100 Base-VG sau VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX sau Fast Ethernet (802.3) , FDDI, TAXI 100/ 140, OC3, SONET3 și ATM155 cu vitezele necesare - pe o distanță de până la 1000 m. Datele transmise sunt livrate transceiver-ului laser folosind o fibră optică duală standard conectată printr-un conector SMA.

Figura 5.
Consolidarea rețelelor de telecomunicații de mare viteză.

Exemplele date nu epuizează toate aplicațiile posibile ale echipamentelor laser.

Care este mai profitabil?

Să încercăm să determinăm locul comunicării laser printre alte soluții cu fir și fără fir, evaluând pe scurt avantajele și dezavantajele acestora (Tabelul 3).

Tabelul 3.

Să începem cu binecunoscutul cablu obișnuit de cupru. Unele dintre caracteristicile sale fac posibilă calcularea aproape exactă a parametrilor canalului de comunicare creat. Pentru un astfel de canal, nu contează care este direcția de transmisie și dacă obiectele sunt în linia de vedere; nu este nevoie să ne gândim la influența precipitațiilor și la mulți alți factori. Cu toate acestea, calitatea și viteza de transmisie oferite de acest cablu lasă de dorit. Rata de eroare a biților (BER) este de ordinul 1E-7 sau mai mare, ceea ce este semnificativ mai mare decât cea a fibrei optice sau a comunicațiilor fără fir. Cablurile de cupru sunt o legătură de comunicare de viteză mică, așa că înainte de a instala cabluri noi, luați în considerare dacă merită să le utilizați. Dacă aveți deja un cablu, atunci ar trebui să vă gândiți cum să-i creșteți capacitatea folosind tehnologia HDSL. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că este posibil să nu ofere calitatea necesară a comunicației din cauza stării nesatisfăcătoare a liniilor de cablu.

Cablurile de fibră optică au avantaje semnificative față de cablurile de cupru. Debit ridicat și calitate a transmisiei (BER)

În prezent, comunicațiile radio sunt utilizate pe scară largă, în special liniile de releu radio și modemurile radio. De asemenea, au propriul set de avantaje și dezavantaje. Tehnologiile radio existente vă vor oferi o calitate superioară (BER) atunci când creați un canal de transmisie a datelor

Comunicare cu laser – rezolvă rapid și eficient, fiabil și eficient problema comunicării la distanță scurtă între două clădiri situate la o distanță de până la 1200 m și în vizibilitate directă. Fără îndeplinirea acestor condiții, comunicarea cu laser este imposibilă. Avantajele sale neîndoielnice sunt:

• „transparență” pentru majoritatea protocoalelor de rețea (Ethernet, Token Ring, Sonet/OC, ATM, FDDI etc.);
• viteză mare de transfer de date (până la 155 Mbit/s astăzi, până la 1 Gbit/s pentru echipamentele anunțate de producători);
• calitate înaltă a comunicării cu BER=1E-10...1E-9;
• conectarea traficului de rețea la transceiver-ul laser folosind dispozitive de interfață prin cablu și/sau fibră optică;
• nu este nevoie să obțineți permisiunea de utilizare;
• cost relativ scăzut al echipamentelor laser în comparație cu sistemele radio.

Transceiverele laser, din cauza puterii reduse a radiației lor, nu reprezintă un pericol pentru sănătate. Trebuie remarcat faptul că, deși fasciculul este sigur, păsările îl văd și încearcă să-l evite, ceea ce reduce semnificativ probabilitatea defecțiunilor. Dacă informațiile transmise sunt livrate către și de la emițătorul-receptor laser printr-un cablu standard de fibră optică multimodală, atunci transmisia datelor este garantată fără unde radio și radiații electromagnetice. Acest lucru nu numai că asigură că nu există niciun impact asupra echipamentelor care funcționează în apropiere, dar face și imposibil accesul neautorizat la informații (aceasta poate fi obținută doar prin apropierea directă de transceiver).