Laserová komunikace je další způsob bezdrátové komunikace. Laserová komunikace s mimozemšťany

E. N. Čepusov, S. G. Šaronin

Dnes si již nelze představit náš život bez počítačů a sítí na nich založených. Lidstvo stojí na prahu nového světa, ve kterém je singl informační prostor. V tomto světě již komunikace nebude omezována fyzickými hranicemi, časem nebo vzdáleností.

Nyní existuje po celém světě obrovské množství sítí, které fungují různé funkce a řešení mnoha různých problémů. Dříve nebo později, ale vždy přijde chvíle, kdy propustnost síť je vyčerpaná a je třeba položit nové komunikační linky. Uvnitř budovy je to relativně snadné, ale už když jsou spojeny dvě sousední budovy, začínají potíže. Jsou vyžadována zvláštní povolení, schválení, licence k provádění prací, stejně jako výkon řady komplexů technické požadavky a uspokojení značné finanční náročnosti organizací spravujících pozemky nebo kanalizaci. Zpravidla se hned ukáže, že nejkratší cesta mezi dvěma budovami není přímka. A vůbec není nutné, aby délka této cesty byla srovnatelná se vzdáleností mezi těmito budovami.

Každý samozřejmě zná bezdrátové řešení založené na různých rádiových zařízeních (rádiové modemy, nízkokanálové radioreléové linky, mikrovlnné digitální vysílače). Složitost se ale nesnižuje. Vzduch je přesycený a získat povolení k použití rádiových zařízení je velmi obtížné a někdy dokonce nemožné. A propustnost tohoto zařízení výrazně závisí na jeho ceně.

Navrhujeme využít výhod nového ekonomického typu bezdrátová komunikace, která vznikla poměrně nedávno - laserová komunikace. Tato technologie byla nejvíce vyvinuta v USA, kde byla vyvinuta. Laserová komunikace poskytuje nákladově efektivní řešení problému spolehlivé, vysokorychlostní komunikace na krátkou vzdálenost (1,2 km), která může nastat při propojování telekomunikačních systémů v budovách. Jeho použití umožní integraci lokálních sítí s globálními sítěmi, integraci vzdálený přítel z jiných lokálních sítí, jakož i zajistit potřeby digitální telefonie. Laserová komunikace podporuje všechna rozhraní nezbytná pro tyto účely - od RS-232 až po ATM.

Jak probíhá laserová komunikace?

Laserová komunikace, na rozdíl od GSM komunikace, umožňuje spojení point-to-point s rychlostí přenosu informací až 155 Mbit/s. V počítačových a telefonních sítích laserová komunikace zajišťuje výměnu informací v režimu plny Duplex. Pro aplikace, které nevyžadují vysoká rychlost přenosu (například pro přenos obrazových a řídicích signálů v technologických a bezpečnostních televizních systémech) existuje speciální ekonomické řešení s poloduplexní ústřednou. Když je potřeba kombinovat nejen počítač, ale i telefonní sítě, modely laserových zařízení s vestavěným multiplexerem lze použít pro simultánní přenos LAN provozu a multicast streamů digitální telefonie (E1 / PCM30).

Laserová zařízení mohou přenášet jakýkoli síťový tok, který je jim dodáván pomocí optického nebo měděného kabelu v dopředném a zpětném směru. Vysílač převádí elektrické signály na modulované laserové záření v infračervené oblasti s vlnovou délkou 820 nm a výkonem až 40 mW. Laserová komunikace využívá atmosféru jako médium šíření. Poté laserový paprsek vstupuje do přijímače, který má maximální citlivost v rozsahu vlnové délky záření. Přijímač převádí laserové záření na signály použitého elektrického nebo optického rozhraní. Takto probíhá komunikace pomocí laserových systémů.

Rodiny, modely a jejich vlastnosti

V této sekci vám chceme představit tři rodiny nejoblíbenějších laserových systémů v USA – LOO, OmniBeam 2000 a OmniBeam 4000 (tabulka 1). Rodina LOO je základní a umožňuje přenos dat a hlasové zprávy vzdálenosti až 1000 m. Řada OmniBeam 2000 má podobné možnosti, ale funguje na větší vzdálenost(až 1200 m) a dokáže přenášet video obrazy a kombinaci dat a řeči. Rodina OmniBeam 4000 dokáže poskytovat vysokorychlostní datové přenosy: 34 až 52 Mbps do 1200 m a 100 až 155 Mbps do 1000 m. Na trhu jsou i jiné rodiny laserových systémů, ale ty buď pokrývají kratší vzdálenost, popř. podporují méně protokolů.

Stůl 1.

Každá z rodin obsahuje sadu modelů, které podporují různé komunikační protokoly (tabulka 2). Řada LOO zahrnuje ekonomické modely, které poskytují přenosovou vzdálenost až 200 m (písmeno "S" na konci názvu).

Tabulka 2

Nespornou výhodou laserových komunikačních zařízení je jejich kompatibilita s většinou telekomunikačních zařízení. pro různé účely(huby, routery, opakovače, mosty, multiplexery a PBX).

Instalace laserových systémů

Důležitým krokem při vytváření systému je jeho instalace. Vlastní spuštění zabere zanedbatelné množství času ve srovnání s instalací a nastavením laserového zařízení, které trvá několik hodin, pokud je prováděno dobře vyškolenými a vybavenými specialisty. Na kvalitě těchto operací bude přitom záviset i kvalita samotného systému. Než tedy představíme typické možnosti začlenění, rádi bychom těmto otázkám věnovali určitou pozornost.

Při umístění venku mohou být transceivery instalovány na povrchu střech nebo stěn. Laser je upevněn na speciální pevné podpěře, obvykle kovové, která je připevněna ke stěně budovy. Podpora také poskytuje možnost nastavení úhlu sklonu a azimutu paprsku.

V tomto případě se pro snadnou instalaci a údržbu systému jeho připojení provádí pomocí spojovacích krabic (RK). Jako propojovací kabely se obvykle používá optické vlákno pro obvody přenosu dat a měděný kabel pro napájecí a řídicí obvody. Pokud zařízení nemá optické datové rozhraní, lze použít model s elektrickým rozhraním nebo externím optickým modemem.

Napájecí jednotka (PSU) transceiveru je vždy instalována uvnitř a může být namontována na stěnu nebo do racku, který se používá pro LAN zařízení nebo strukturované rozvody kabelové systémy. V blízkosti může být instalován i stavový monitor, který slouží pro dálkové ovládání provozu transceiverů řady OB2000 a OB4000. Jeho použití umožňuje diagnostiku laserového kanálu, indikaci hodnoty signálu, stejně jako smyčkování signálu pro jeho kontrolu.

Při vnitřní instalaci laserových transceiverů je třeba pamatovat na to, že výkon laserového záření klesá při průchodu sklem (nejméně 4 % na každém skle). Dalším problémem jsou kapky vody stékající po vnější straně skla, když prší. Hrají roli čoček a mohou vést k rozptylu paprsku. Pro snížení tohoto efektu se doporučuje instalovat zařízení blízko horní části skla.

Pro zajištění kvalitní komunikace je nutné vzít v úvahu některé základní požadavky.

Nejdůležitější z nich, bez které nebude komunikace možná, je, že budovy musí být v přímé viditelnosti, přičemž v dráze paprsku by neměly být žádné neprůhledné překážky. Navíc, protože laserový paprsek v oblasti přijímače má průměr 2 m, je nutné, aby byly transceivery nad chodci a provozem ve výšce minimálně 5 m. Je to z důvodu bezpečnostních předpisů. Doprava je také zdrojem plynů a prachu, které ovlivňují spolehlivost a kvalitu přenosu. Paprsek by se neměl šířit v bezprostřední blízkosti elektrického vedení nebo je křížit. Je třeba počítat s možným růstem stromů, pohybem jejich korun při poryvech větru, ale i s vlivem srážek a případnými poruchami v důsledku poletujícího ptactva.

Správná volba transceiveru zaručuje stabilní provoz kanálu v celém rozsahu klimatických podmínek v Rusku. Například s velkým průměrem nosníku se snižuje pravděpodobnost poruch spojených s precipitací.

Laserové zařízení není zdrojem elektromagnetická radiace(AMY). Pokud je však umístěn v blízkosti zařízení s EMI, pak elektronické zařízení laseru toto záření zachytí, což může způsobit změnu signálu v přijímači i ve vysílači. To bude mít vliv na kvalitu komunikace, proto se nedoporučuje umísťovat laserová zařízení do blízkosti zdrojů EMI, jako jsou výkonné rádiové stanice, antény atd.

Při instalaci laseru je žádoucí vyhnout se orientaci laserových transceiverů ve směru východ-západ, protože několik dní v roce sluneční paprsky může blokovat laserové záření na několik minut a přenos bude nemožný, dokonce i se speciálními optickými filtry v přijímači. Když víte, jak se slunce pohybuje po obloze v určité oblasti, můžete tento problém snadno vyřešit.

Vibrace mohou způsobit posunutí laserového transceiveru. Abyste tomu zabránili, nedoporučuje se instalovat laserové systémy v blízkosti motorů, kompresorů atd.

Obrázek 1. Umístění a připojení laserových transceiverů.

Několik typických způsobů zapnutí

Laserová komunikace pomůže vyřešit problém komunikace na krátkou vzdálenost ve spojení bod-bod. Jako příklady zvažte několik typických možností nebo metod zahrnutí. Máte tedy centrálu (CO) a pobočku (F), z nichž každá má počítačovou síť.

Obrázek 2 ukazuje variantu organizace komunikačního kanálu pro případ, kdy je požadováno kombinovat F a CO, s použitím jako síťový protokol Ethernet a podobně fyzické prostředí- koaxiální kabel (silný nebo tenký). CO hostí LAN server a PC hostí počítače, které je třeba k tomuto serveru připojit. Pomocí laserových systémů, například modelů LOO-28/LOO-28S nebo OB2000E, můžete tento problém snadno vyřešit. Most je instalován v CO a opakovač v F. Pokud má můstek nebo opakovač optické rozhraní, pak není vyžadován optický minimodem. Laserové transceivery jsou propojeny duálním optickým vláknem. Model LOO-28S vám umožní komunikovat na vzdálenost až 213 m a LOO-28 - až 1000 m s "sebevědomým" úhlem příjmu 3 mrad. Model OB2000E pokrývá vzdálenosti až 1200 m při „dobrém“ úhlu příjmu 5 mrad. Všechny tyto modely pracují v plně duplexním režimu a poskytují přenosovou rychlost 10 Mbps.

Obrázek 2 Připojení vzdáleného ethernetového LAN segmentu Na základě koaxiál.

Obdobná možnost kombinace dvou ethernetových sítí pomocí kroucené dvoulinky (10BaseT) jako fyzického média je na obrázku 3. Její rozdíl spočívá v tom, že místo bridge a repeateru jsou použity huby, které mají potřebný počet 10BaseT konektory a jeden AUI nebo FOIRL pro připojení laserových transceiverů. V tomto případě je nutné nainstalovat laserový transceiver LOO-38 nebo LOO-38S, který zajišťuje požadovanou přenosovou rychlost v plně duplexním režimu. Model LOO-38 dokáže komunikovat na vzdálenost až 1000 m a model LOO-38S až 213 m.

Obrázek 3. Připojení vzdáleného segmentu sítě Ethernet s kroucenou dvojlinkou.

Obrázek 4 ukazuje variantu kombinovaného přenosu dat mezi dvěma LAN (Ethernet) a multicast digitálního toku E1 (PCM30) mezi dvěma PBX (v CO a F). Pro vyřešení tohoto problému je vhodný model OB2846, který poskytuje přenos dat a hlasu rychlostí 12 (10 + 2) Mbps na vzdálenost až 1200 m. 75 ohmový koaxiální kabel přes BNC konektor. Je třeba poznamenat, že multiplexování datových a řečových toků nevyžaduje doplňkové vybavení a je prováděno transceivery bez snížení propustnosti každého z nich jednotlivě.

Obrázek 4. Sjednocení počítačových a telefonních sítí.

Ztělesnění vysokorychlostní přenos data mezi dvěma LAN (LAN "A" v CO a LAN "B" v F) pomocí ATM přepínačů a laserových transceiverů jsou znázorněna na obrázku 5. Model OB4000 vyřeší problém vysokorychlostní komunikace na krátké vzdálenosti v optimální způsob. Budete moci přenášet streamy E3, OS1, SONET1 a ATM52 požadovanou rychlostí na vzdálenost až 1200 m a 100 Base-VG nebo VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX nebo Fast Ethernet (802.3), FDDI, TAXI 100/ 140, OC3, SONET3 a ATM155 při požadovaných rychlostech až 1000 m. Přenášená data jsou dodávána do laserového transceiveru pomocí standardního duálního optického vlákna připojeného přes SMA konektor.

Obrázek 5. Agregace vysokorychlostních telekomunikačních sítí.

Uvedené příklady nejsou vyčerpávající. možnosti použití laserového zařízení.

Co je výnosnější?

Zkusme najít laserová komunikace mimo jiné drátové a bezdrátová řešení, stručně zhodnotí jejich výhody a nevýhody (tabulka 3).

Tabulka 3

Optická komunikace se uskutečňuje přenosem informací pomocí elektromagnetických vln v optickém rozsahu. Jako příklad optická komunikace můžeme uvést předávání zpráv používaných v minulosti pomocí ohňů nebo semaforové abecedy. V 60. letech 20. století byly vytvořeny lasery a bylo možné je stavět širokopásmové systémy optické komunikace, přenášející nejen telefonní, ale i televizní a počítačové signály.
Optické komunikační systémy se dělí na otevřené, kde je signál přenášen v atmosféře nebo prostoru, a uzavřené, tedy pomocí světlovodů. . Dále jsou uvažovány pouze otevřené atmosférické komunikační linky.
Optický atmosférický komunikační systém mezi dvěma body se skládá ze dvou spárovaných transceiverů umístěných v zorném poli na obou koncích linky a nasměrovaných na sebe. Vysílač obsahuje generátor-laser a modulátor jeho optického záření přenášeným signálem. Modulovaný laserový paprsek je kolimován optický systém a zamiřte k přijímači. V přijímači je záření zaměřeno na fotodetektor, kde je detekováno a vysílaná informace je extrahována. Protože laserový paprsek je přenášen mezi komunikačními body v atmosféře, jeho distribuce je velmi závislá na povětrnostních podmínkách, přítomnosti kouře, prachu a jiného znečištění ovzduší. Kromě toho jsou v atmosféře pozorovány turbulentní jevy, které vedou ke kolísání indexu lomu prostředí, kmitání paprsku a zkreslení přijímaného signálu. Navzdory těmto problémům se však atmosférická laserová komunikace ukázala jako poměrně spolehlivá na vzdálenosti několika kilometrů a je obzvláště slibná pro řešení problému „nejnovějších informací.“ Šíření laserového záření v atmosféře je doprovázeno řadou jevů lineární a nelineární interakce světla s prostředím.Z hlediska čistě kvalitativních znaků lze tyto jevy rozdělit do tří hlavních skupin: absorpce a rozptyl molekulami vzdušného plynu, útlum aerosoly (prach, déšť, sníh, mlha) a záření kolísání v důsledku atmosférických turbulencí.a hustá mlha, pro kterou je útlum aerosolu maximální.Šíření laserového paprsku je také silně ovlivněno atmosférickou turbulencí, tedy náhodnými časoprostorovými změnami indexu lomu způsobenými pohybem vzduchu, kolísáním v jeho teplotu a hustotu. U světelných vln šířících se v atmosféře proto dochází nejen k absorpci, ale i ke kolísání přenášeného výkonu.
Atmosférická turbulence vede k deformacím čela vlny a následně k oscilacím a rozšiřování laserového paprsku a redistribuci energie v jeho průřezu. V rovině přijímací antény se to projevuje chaotickým střídáním tmavých a světlých skvrn s frekvencí od zlomků hertzů až po několik kilohertzů. V tomto případě někdy dochází k vyblednutí signálu (termín je vypůjčen z rádiové komunikace) a spojení se stává nestabilním. Vyblednutí je nejvýraznější za jasného slunečného počasí, zejména během horkých letních měsíců, při východu a západu slunce, se silným větrem Systémy ALS lze použít nejen na "poslední míli" komunikačních kanálů, ale také jako vložky do vláken optické linky v některých obtížných oblastech; pro komunikaci v horských podmínkách, na letištích, mezi samostatnými budovami jedné organizace (orgány státní správy, obchodní centra, průmyslové podniky, univerzitní kampusy, nemocniční komplexy, staveniště atd.); při vytváření lokálních počítačových sítí rozmístěných v prostoru; při organizování komunikace mezi ústřednami a základnové stanice celulární sítě; pro operativní pokládku linky s omezeným časem na instalaci. Proto v Nedávno rostoucí zájem domácích výrobců o tento nový a perspektivní sektor

Funkční schéma laserového komunikačního systému je velmi jednoduché:

· procesorová jednotka přijímá signály z různých standardní zařízení(telefon, fax, digitální PBX, místní počítačová síť) a převádí je do podoby přijatelné pro přenos laserovým modemem;

· převedený signál je přenášen elektronově-optickou jednotkou ve formě infračerveného záření;

· na přijímací straně dopadá světlo shromážděné optickým systémem na fotodetektor, kde je přeměněno zpět na elektrické signály;

· vyztužené a zpracované elektrický signál vstupuje do jednotky zpracování signálu, kde je obnoven v původní podobě.

Vysílání a příjem jsou prováděny každým ze spárovaných modemů současně a nezávisle na sobě. Laserové modemy jsou instalovány tak, aby se optické osy transceiverů shodovaly. Hlavním problémem je vyrovnání směru optických os transceiverů. Úhel divergence paprsku vysílače je y různé modely od několika úhlových minut do 0,5° a přesnost vyrovnání by měla odpovídat těmto hodnotám.

Jakmile jsou jednotky transceiveru instalovány, musí být připojeny ke kabelovým sítím v obou budovách. Existuje mnoho modelů zařízení s širokou škálou rozhraní, ale na rozdíl od dodavatelů zařízení pro rádiovou komunikaci se výrobci bezdrátových optických systémů drží následující obecné ideologie připojení: laserová komunikační linka je emulací segmentu kabelu (dva kroucené páry nebo dvě žíly optického kabelu). Propojeno bezdrátovou optikou lokální sítě fungují, jako by byly propojeny vyhrazeným kabelem. Některé modely laserových modemů mají kombinovaná rozhraní k Ethernetové sítě a teče E1. Výsledkem je, že jeden atmosférický spoj může propojit LAN a telefonní sítě budov bez použití multiplexeru.

Takhle to vypadá nainstalovaný systém atmosférická laserová komunikace. Propustnost systému - 100Mbit/s na vzdálenost až 3! kilometrů. fotografie:

Některé bezdrátové vzdálené mosty používají k přenosu dat infračervené laserové světlo. Takové zařízení obvykle obsahuje tradiční drátový ethernetový most a laserový modem, který zajišťuje fyzickou komunikaci. Jinými slovy, laserové zařízení posílá pouze bity dat a zbytek práce provádí normální most. Laserové modemy generují záření o vlnové délce 820 nm, které nelze detekovat bez speciálních přístrojů. Je zřejmé, že u laserových můstků musí být vysílač a přijímač umístěny na přímce. viditelnost. Typická vzdálenost mezi mosty je něco málo přes 1 km a je omezena výkonem laseru.
Jednou z hlavních výhod takových systémů je jejich vysoká propustnost. Druhý výhodou je dostatečná odolnost proti rušení, protože infračervené záření neinteraguje s rádiovými vlnami. Stejně jako systémy optických vláken poskytují laserové můstky vysoká úroveň bezpečnostní. Pro zachycení informací je nutné umístit na linii paprsku vhodné zařízení, které lze za prvé snadno detekovat a za druhé je velmi obtížné implementovat, protože takové systémy jsou instalovány na střechách výškových budov. Nevýhodou laserových systémů je vliv na stabilitu komunikace povětrnostních podmínek. Silný déšť, sníh nebo mlha způsobí značný rozptyl paprsku a útlum signálu. Komunikace může být také ovlivněna východem nebo západem slunce, pokud je kanál orientován z východu na západ.
Bezdrátové mosty se používají k trvalému připojení sítí, jako záložní kanál nebo jako dočasné prostředky. Jejich výrobou se zabývá mnoho společností. Ceny v závislosti na šířce pásma a komunikační vzdálenosti se pohybují od 5 000 do 75 000 USD za kanál. Drahé, ale časem se takové rozhodnutí může vyplatit.

2,5 Gbps přes laserový paprsek

Představení fSONA Communications nový systém bezdrátová optická komunikace SONAbeam 2500-M, umožňující dosáhnout rychlosti přenosu dat cca 2,5 Gb/s. Základem systému jsou čtyři redundantní vysílače pracující na vlnové délce 1550 nm s výstupním výkonem laseru 560 mW. Na pětikilometrovém testovacím místě za jasného počasí systém fungoval nejvyšší rychlost a prakticky bez chyb.

Kontrolní otázky

1. Jaké technologie se používají k vytváření bezdrátových sítí?

2. Vyjmenujte hlavní technologie rádiových sítí.

3. Co je t přístupový bod(přístupový bod)?

4. Popište technologii 802.11 Co je to směrová a všesměrová anténa?

5. Co je roaming(roaming).?

6. Vyjmenujte alternativní technologie ke standardu IEEE 802.11;

7. Charakterizujte technologii Bluetooth.

8. Charakterizujte technologii HiperLAN.

9. Co jsou optické sítě?

10. Co jsou mikrovlnné systémy?

11. Charakterizujte standard IEEE 802.16 (WiMAX)?

12. Co je bezdrátová síť založené na satelitech na nízké oběžné dráze?

13. Jaká zařízení jsou součástí infračerveného systému?

14. Co je to IR záření?

15. Co je to atmosférická laserová komunikace?

16. Jak probíhá příjem a vysílání v atmosférické laserové komunikaci?

Laserové systémy přenosu dat jsou navrženy tak, aby organizovaly jednosměrnou a duplexní komunikaci mezi objekty, které jsou v přímé viditelnosti.
Free Space Optics - technologie FSO, která zahrnuje - atmosférickou optickou komunikaci (AOLS) a bezdrátový optický komunikační kanál (BOX) je způsob bezdrátový přenos informace v krátkovlnné části elektromagnetického spektra. Je založen na principu přenosu digitální signál atmosférou (nebo vesmírem) modulací záření (infračerveného nebo viditelného) a jeho následnou detekcí optickým fotodetektorem.
Současný stav bezdrátové optické komunikace umožňuje vytvářet spolehlivé komunikační kanály na vzdálenosti od 100 do 1500-2000 m v atmosférických podmínkách a až 100 000 km v otevřeném prostoru, například pro komunikaci mezi satelity. Jako alternativní řešení k optickým vláknům umožňují atmosférické optické datové přenosové linky (AODL) ultra rychlé vytvoření bezdrátového optického komunikačního kanálu.

1. Atmosférická optická komunikační linka

Rychlý rozvoj telekomunikačního trhu vyžaduje vysokorychlostní datové přenosové linky. Položení optického vlákna však znamená solidní investici a v zásadě to není vždy možné.
Přirozenou alternativou jsou v tomto případě bezdrátové mikrovlnné komunikační linky, ale problém rychlého získání frekvenčních povolenek výrazně omezuje vyhlídky na jejich použití, zejména ve velkých městech.
Další metodou bezdrátové komunikace jsou optické komunikační linky (laserová nebo optická komunikace) využívající topologii point-to-point nebo point-to-multipoint. Optická komunikace se uskutečňuje přenosem informací pomocí elektromagnetických vln v optickém rozsahu. Jako příklad optické komunikace můžeme uvést v minulosti používaný přenos zpráv pomocí ohňů nebo semaforové abecedy. V 60. letech 20. století byly vytvořeny lasery a bylo možné budovat širokopásmové optické komunikační systémy. První atmosférická komunikační linka (ALS) v Moskvě se objevila na konci 60. let: byla spuštěna telefonní linka mezi budovou Moskevské státní univerzity na Leninových pahorcích a Zubovským náměstím o délce více než 5 km. Kvalita přenášeného signálu plně odpovídala normám. Ve stejných letech byly experimenty s ALS provedeny v Leningradu, Gorkém, Tbilisi a Jerevanu. Obecně byly testy úspěšné, ale v té době měli odborníci pocit, že špatné povětrnostní podmínky způsobily, že laserová komunikace je nespolehlivá, a to bylo považováno za neperspektivní.
Použití signálů se spojitou (analogovou) modulací, které se v těchto letech používalo, vedlo k nenormalizovanému útlumu optický signál vlivem atmosféry.
Moderní rozšířené používání ALS v mnoha zemích světa začalo v roce 1998, kdy byly vytvořeny levné polovodičové lasery s výkonem 100 mW a více a aplikace digitální zpracování signál umožnil vyhnout se nenormalizovanému útlumu signálu a znovu vysílat informační paket, když je detekována chyba.
Zároveň vyvstala potřeba laserové komunikace, protože se začaly rychle rozvíjet informační technologie. Počet účastníků, kteří vyžadují poskytování takových telekomunikačních služeb, jako je internet, IP telefonie, kabelová televize S velký počet kanály, počítačové sítě atd. V důsledku toho došlo k problému „poslední míle“ (připojení širokopásmového komunikačního kanálu k koncový uživatel). Pokládka nových kabelových sítí vyžaduje velké investice a v některých případech, zejména v husté městské zástavbě, je velmi náročná až nemožná.
Optimálním řešením problému z poslední části je použití bezdrátových přenosových linek.
Výhody bezdrátových komunikačních linek jsou zřejmé: jsou ekonomické (není třeba kopat příkopy pro pokládání kabelů a pronajímat pozemky); nízké provozní náklady; vysoká propustnost a kvalita digitální komunikace; rychlé nasazení a rekonfigurace sítě; snadné překonávání překážek - železnice, řeky, hory atd.
Bezdrátová komunikace v rádiovém dosahu je omezena přetížením a nedostatkem frekvenční rozsah, nedostatečné utajení, náchylnost k rušení, včetně záměrného, ​​a ze sousedních kanálů, zvýšená spotřeba energie. Rádiová komunikace navíc vyžaduje dlouhodobou koordinaci a registraci s přidělováním frekvencí orgány Gossvyaznadzor Ruské federace, pronájem kanálu a povinnou certifikaci rádiového zařízení Státní komisí pro rádiové frekvence. Použití laserových prostředků odstraňuje tento složitý problém. To je způsobeno skutečností, že za prvé frekvence záření laserových komunikačních systémů přesahuje rozsah, ve kterém je nezbytná koordinace (v Rusku), a zadruhé nedostatek praktické možnosti jejich detekce a identifikace jako prostředku výměny informací.
Hlavní vlastnosti laserových systémů:
téměř absolutní ochrana kanálu před neoprávněným přístupem a v důsledku toho vysoká úroveň odolnosti proti šumu a odolnosti proti šumu díky možnosti koncentrovat veškerou energii signálu v úhlech od zlomků obloukových minut (v laserových prostorových komunikačních systémech) až po desítky stupně (plně přístupné vnitřní komunikační systémy);
vysoký informačních kapacit kanály (až desítky Gbps)
nedochází k žádným prodlevám při přenosu informací (ping<1ms) как у радиолиний
absence výrazných demaskovacích znaků (především rušivé elektromagnetické záření) a možnost dodatečného maskování, které umožňuje skrýt nejen přenášené informace, ale i samotný fakt výměny informací.
Kromě toho mnozí odborníci poznamenávají biologickou bezpečnost těchto systémů, protože průměrná hustota výkonu záření v laserových systémech pro různé účely je přibližně 3-6krát menší než ozáření vytvářené Sluncem, stejně jako jednoduchost principů jejich konstrukce a provoz, relativně nízké náklady ve srovnání s tradičními prostředky pro přenos informací podobného účelu.
Design:
Laserová komunikační linka se skládá ze dvou identických stanic instalovaných proti sobě v zorném poli (obr. 1).

Rýže. 1. Konstrukce ALS

Konstrukce všech stanic ALS je téměř stejná: modul rozhraní, modulátor, laser, optický systém vysílače, optický systém přijímače, demodulátor a modul rozhraní přijímače. Vysílač je emitor na bázi pulzní polovodičové laserové diody (někdy konvenční LED). Přijímač je ve většině případů založen na vysokorychlostní kolíkové fotodiodě nebo lavinové fotodiodě.
Přenášený datový tok ze zařízení uživatele jde do modulu rozhraní a poté do modulátoru emitoru. Poté je signál přeměněn vysoce účinným injekčním laserem na optické záření v infračervené oblasti, kolimován optikou do úzkého paprsku a přenášen atmosférou do přijímače. V opačném bodě je přijímané optické záření zaostřeno přijímací čočkou na místo vysoce citlivého vysokorychlostního fotodetektoru (lavinové nebo kolíkové fotodiody), kde je detekováno. Po dalším zesílení a zpracování signál přichází na rozhraní přijímače a odtud do zařízení uživatele. Podobně v duplexním režimu probíhá příchozí datový tok současně a nezávisle.
Protože laserový paprsek je přenášen mezi komunikačními body v atmosféře, jeho distribuce je velmi závislá na povětrnostních podmínkách, přítomnosti kouře, prachu a jiného znečištění ovzduší. Navzdory těmto problémům se však atmosférická laserová komunikace ukázala jako poměrně spolehlivá na vzdálenosti několika kilometrů a zvláště slibná pro řešení problému „poslední míle“.
Zvažte vliv atmosféry na kvalitu bezdrátové infračervené komunikace. Šíření laserového záření v atmosféře je doprovázeno řadou jevů lineární i nelineární interakce světla s prostředím. Z čistě kvalitativního hlediska lze tyto jevy rozdělit do tří hlavních skupin:
1. absorpce (přímá interakce svazku fotonů s molekulami atmosféry);
2. rozptyl aerosoly (prach, déšť, sníh, mlha);
3. kolísání záření na atmosférické turbulence.

Komunikace laserovým paprskem přes atmosféru se nyní stala skutečnou. Zajišťuje přenos velkého množství informací s vysokou spolehlivostí na vzdálenost až 5 km a řeší mnoho obtížných úkolů. Zájem o tento druh komunikace proto v poslední době stoupá.

¹Fluktuace (z lat. fluctuatio - kolísání), náhodné odchylky fyzikálních veličin od jejich průměrných hodnot.
²Internetový zdroj: http://laseritc.ru/?id=93

2. Bezdrátový optický komunikační kanál

Bezdrátový optický komunikační kanál (BOX) je zařízení, které přenáší data atmosférou. Je navržen tak, aby vytvořil kanál pro přenos dat standardu Ethernet. BOX se skládá ze dvou identických transceiverů (optických trubic) instalovaných na obou stranách komunikačního kanálu. Každá jednotka se skládá z modulu transceiveru, hledí, propojovacího kabelu (5 m dlouhého), naváděcího systému, držáku, napájecí jednotky a přístupové jednotky.
Modul transceiveru obsahuje vysílač vysoce směrového optického záření v infračervené oblasti (skládající se z infračervené polovodičové LED) a přijímač - vysoce citlivou LED. LED diody pracují na vlnové délce 0,87 mikronů. Několik příkladů tuzemských výrobců systémů BOKS a jejich charakteristiky jsou popsány v tabulce 1.
Tabulka 1. Zařízení pro vytváření optických komunikačních kanálů

Obrázek 2 jasně ukazuje BOKS-10M.

Rýže. 2. BOX-10M

Princip fungování:
Zvažte proces přenosu dat pomocí optického kanálu (obr. 3). Elektrický signál z ethernetového portu jde přes propojovací kabel do vysílače, kde jej LED přemění na infračervené záření, které prochází rozdělovačem paprsků a je zaostřeno čočkou do úzkého paprsku. Po průchodu atmosférou část záření dopadá na čočku jiného transceiveru, je zaostřena a rozdělovačem paprsků je přiváděna do přijímače. Přijímač převádí IR záření na elektrický signál, který je přiváděn přes kabel rozhraní do ethernetového portu. Napájecí zdroj napájí vysílač, přijímač, zobrazovací jednotku a systém zamlžování/ochrany proti námraze čočky.

Rýže. 3. Obecný princip činnosti zařízení rodiny BOKS.

Spolehlivosti přenosu je dosaženo především správným nasměrováním a zásobami energie. Při správném navádění by měla být energetická rezerva systému u modelů BOKS-10ML a BOKS-10M čtyřnásobná (jinými slovy, uzavřením 4/5 čočky objektivu máme za dobrého počasí spolehlivý 100% kanál) . Model BOKS-10MPD má 16násobnou energetickou rezervu. V tomto případě bude dostupnost kanálu během roku 99,7-99,9%. Čím vyšší je energetická rezerva systému, tím vyšší je spolehlivost kanálu, která v ideálním případě dosahuje 99,99 %.
Spolehlivý provoz systému je navíc dán způsobem přístupu k médiím CSMA/CD používaným v sítích Ethernet. Jakákoli kolize - zhoršení povětrnostních podmínek nebo výskyt krátkodobé překážky vede k opětovnému přenosu paketu na fyzické úrovni, ale i když se stane, že kolize nebude slyšet (to je možné např. Modely BOKS-10ML a BOKS-10M vzhledem k tomu, že doba přepnutí z příjmu na vysílání je samozřejmě rovna 4 µs) a dojde ke ztrátě paketu, budou tento incident sledovat protokoly vyšší úrovně pracující se zajištěním doručení a žádost se bude opakovat.
Atmosférické spojení nikdy nedává 100% záruku spojení, takže je možné, že např. za špatných povětrnostních podmínek (husté sněžení, velmi hustá mlha, silný déšť atd.) kanál nebude fungovat. V tomto případě však bude ukončení komunikace dočasné a po zlepšení podmínek se připojení samo obnoví. Pro snížení pravděpodobnosti ztráty komunikace vlivem povětrnostních podmínek je nutné instalovat modely s větší pracovní vzdáleností, což zvyšuje energii světelného toku a v důsledku toho i spolehlivost systému jako celku.
Další podmínkou spolehlivého a stabilního provozu systému je shoda středu geometrického bodu osvětlení vysílače se středem čočky přijímače. Zatížení větrem, stejně jako mechanické a sezónní výkyvy podpory, mohou posunout systém mimo zónu světelného bodu, v důsledku čehož spojení zmizí. Celá konstrukce systémů a velikost osvětlovacího bodu z vysílače jsou sladěny tak, aby byla minimalizována pravděpodobnost ztráty komunikace z výše uvedených důvodů. Při nasměrování je vyřešen následující geometrický problém: z bodu získaného při hrubém nasměrování je nutné přesunout systém do geometrického středu osvětlovacího bodu ze světelného toku zářiče a nakonec zafixovat ukazovací systém v této poloze. Pomocí standardního naváděcího systému je tento problém vyřešen ve 35 iteracích.
Instalace:
Transceivery lze namontovat na povrch střechy nebo stěny. BOX je upevněn na kovové podpěře, která umožňuje nastavit úhel sklonu horizontálně i vertikálně (obr. 4). Transceiver je připojen přes speciální přístupový blok, obvykle používající jako propojovací kabely kroucenou dvojlinku kategorie 5 (UTP). Ze strany optického kanálu je přístupová jednotka připojena k transceiveru propojovacím kabelem, což je běžný kroucený párový kabel vybavený speciálními konektory. Na druhé straně je přístupový blok připojen k počítači nebo síťovému zařízení (směrovači nebo přepínači).
Přístupová jednotka a napájecí zdroj transceiveru jsou vždy instalovány v interiéru vedle sebe. Lze je namontovat na stěnu nebo umístit do stejných stojanů, jaké se používají pro zařízení LAN.
Pro spolehlivý provoz je třeba dodržovat následující doporučení:
budovy musí být v přímé viditelnosti (paprsek nesmí narazit na neprůhledné překážky po celé cestě);
je lepší, když je zařízení umístěno co nejvýše nad zemí a na těžko dostupném místě;
při instalaci systému je třeba se vyvarovat orientace transceiverů ve směru východ-západ (takovýto specifický požadavek je vysvětlen velmi jednoduše: sluneční paprsky při východu nebo západu slunce mohou blokovat záření na několik minut a přenos se zastaví) ;
v blízkosti upevňovacího bodu by neměly být žádné motory, kompresory atd., protože vibrace mohou způsobit pohyb trubky a přerušit spojení.

Rýže. 4. Schéma naváděcího systému

Typy připojení:
Obrázek 5 ukazuje možné typy připojení BOX.

Rýže. 5. Typy připojení BOX

V různých zdrojích existuje velké množství názvů zařízení pro bezdrátový přenos dat v infračerveném rozsahu vlnových délek. V zahraničí se tato třída systémů obvykle nazývá FSO – Free Space Optics, v postsovětském prostoru existuje řada označení pro bezdrátové optické komunikační systémy. Zkratka BOKS by měla být brána jako základ - bezdrátový optický komunikační kanál, jak je uvedeno v certifikátu systému "Komunikace" (CCS).

Výhody laserového kanálu oproti rádiovému kanálu spočívají v tom, že za prvé nevytváří rádiové rušení; za druhé je důvěrnější; za třetí, může být použit v podmínkách vystavení vysoké úrovni elektromagnetického záření.

Schematické schéma vysílače je na obr.1. Vysílač se skládá z povelového kodéru založeného na mikrokontroléru ATtiny2313 (DD1), výstupní jednotky založené na tranzistorech BC847V (VT1, VT2) a rozhraní RS-232, které se skládá z konektoru DB9-F (na kabelu ) (XP1) a převodník úrovně na MAX3232 (DD3).

Resetovací obvod mikrokontroléru se skládá z prvků DD2 (CD4011B), R2, C7. Výstupní jednotka je elektronický klíč vyrobený na tranzistoru VT1, v jehož kolektorovém obvodu je připojeno laserové ukazovátko přes omezovač proudu na tranzistoru VT2. Vysílač je napájen konstantním stabilizovaným napětím 9 - 12 V. Mikroobvody DD1, DD2, DD3 jsou napájeny napětím 5V, které je určeno stabilizátorem 78L05 (DA1).

Ovladač DD1 je naprogramován v prostředí BASCOM, které mu umožňuje odesílat příkazy z osobního počítače (PC) přes rozhraní RS-232, z terminálu Bascom, pomocí funkce „echo“.

Mikrokontrolér má hodinovou frekvenci 4 MHz z interního oscilátoru. Do výstupní jednotky jsou přiváděny pakety pulsů o frekvenci asi 1,3 kHz z výstupu OS0A (PB2). Počet impulsů v sadě je určen počtem příkazů přijatých z PC.
Chcete-li zadat příkaz, musíte stisknout libovolnou klávesu na klávesnici počítače a poté, když se objeví slova „Write command“ a „Enter No. 1 ... 8“, zadejte číslo od 1 do 8 a stiskněte klávesu „Enter“. .

Program pro mikrokontrolér vysílače "TXlaser" se skládá z hlavní smyčky (DO ... LOOP) a dvou podprogramů pro obsluhu přerušení: při příjmu (Urxc) a při přetečení časovače 0 (Timer0).

Pro získání výstupní frekvence 1,3 kHz je časovač nakonfigurován s frekvenčním dělicím faktorem (Prescale) = 1024. Navíc počítání začíná od nízké hodnoty Z = 253 (na vysoké úrovni na PB2) a pokračuje až do 255. Při jeho zpracování, při kterém je sepnut výstup PB2, dojde k přerušení přetečení časovače a časovač je opět nastaven na hodnotu Z = 253. Na výstupu PB2 se tak objeví signál o frekvenci 1,3 kHz (viz obr. 2 ). Ve stejném podprogramu se porovnává počet impulzů na PB2 se zadaným, a pokud jsou stejné, časovač se zastaví.

V obsluze přerušení příjmu se nastavuje počet vysílaných impulsů (1 - 8). Pokud je toto číslo větší než 8, je terminálu vydáno hlášení „ERROR“.

Během činnosti podprogramu je na výstupu PD6 nízká úroveň (LED HL1 nesvítí) a časovač je zastaven.
V hlavní smyčce je kolík PD6 vysoký a LED HL1 svítí.
Text programu "TXlaser":

$regfile = "attiny2313a.dat"
$krystal = 1000000
$hwstack = 40
$swstack = 16
$framesize = 32

Config Pind.0 = Vstup "UART - RxD
Konfigurace Portd.1 = Výstup "UART - TxD
Config Portd.6 = Výstup "LED HL1
Config Portb.2 = Output "output OC0A

"timer config0-division ratio=1024:
Config Timer0 = časovač, předškála = 1024
Stop Timer0 "zastavte časovač

Dim N As Byte "definování proměnných"
Dim N0 As Byte

Const Z \u003d 253" spodní limit počtu časovačů pro výstupní frekvenci \u003d 1,3 kHz
Časovač0=Z

Na Urxc Rxd "přijmout rutinu přerušení
On Timer0 Pulse "Rutina přerušení přetečení

Povolit Urxc
Povolit časovač0

Proveďte „hlavní smyčku
Nastavte Portd.6" zapněte LED HL1
smyčka

Rxd: "Příjem rutiny zpracování přerušení
Stop Timer0
M1:
Tisk "Zapsat příkaz"
Vstup "Zadejte č. 1...8:" , N0 "příkazový vstup
Pokud N0 > 8 Pak "limit počtu příkazů
Tisk "Chyba"
Přejít na M1
Konec, pokud
N0 = N0 * 2
N0 \u003d N0 - 1 "nastavená hodnota pro počet pulzů v dávce
Přepnout Portb.2
Start Timer0 "start timer
vrátit se

Pulse: "přetečení zrušit rutinu
Stop Timer0
Přepnout Portb.2
Reset Portd.6 "Turn off LED
Časovač0=Z
N \u003d N + 1 "přírůstek počtu pulzů
Je-li N = N0 Pak „pokud je počet pulzů = dán
N=0
N0 = 0
Waitms 500" zpoždění 0,5s
Jiný
Spusťte časovač 0 "jinak pokračujte v počítání
Konec, pokud
vrátit se
Konec "ukončit program

Vysílač je vyroben na desce plošných spojů o rozměrech 46x62 mm (viz obr. 3). Všechny prvky kromě mikrokontroléru jsou typu SMD. Mikrokontrolér ATtiny2313 je použit v pouzdře DIP. Doporučuje se umístit do panelu pro DIP mikroobvody TRS (SCS) - 20, aby bylo možné "bezbolestně" přeprogramovat.

Deska plošných spojů vysílače TXD.PCB se nachází ve složce "FILE PCAD".
Schematické schéma přijímače laserového kanálu je na obr.4. Na vstupu prvního zesilovače DA3.1 (LM358N) tlumí nízkofrekvenční filtr tvořený prvky CE3, R8, R9 a mající mezní kmitočet 1 kHz hluk pozadí 50 -100 kHz ze svítidel. Zesilovače DA3.2 a DA4.2 zesilují a prodlužují dobu trvání přijímaných pulzů užitečného signálu. Komparátor na DA4.1 generuje výstupní signál (jeden), který je přiváděn přes invertory čipu CD4011D (DD2) - DD2.1, DD2. Signál synchronně přichází na kontakty mikrokontroléru ATtiny2313 (DD1) - T0 (PB4) a PB3. Časovač 0, který pracuje v režimu externího počítání pulzů, a časovač1, který měří čas tohoto počítání, jsou tedy spouštěny synchronně. Ovladač DD1, který plní funkci dekodéru, zobrazuje přijaté příkazy 1 ... 8 nastavením log.1 na pinech PORTB, respektive PB0 ... PB7, přičemž příchod dalšího příkazu vynuluje předchozí. . Při příchodu příkazu "8" na PB7 se objeví log.1, který pomocí elektronického klíče na tranzistoru VT1 sepne relé K1.

Přijímač je napájen konstantním napětím 9-12V. Analogové a digitální části jsou napájeny napětím 5V, které je určeno stabilizátory 78L05 DA5 a DA2.

V programu RXlaser je Timer0 nakonfigurován jako čítač externích impulsů a Timer1 jako časovač, který počítá dobu průchodu maximálního možného počtu impulsů (příkaz 8).

V hlavní smyčce (DO…LOOP) je časovač 1 zapnut, když je přijat první impuls příkazu (K=0), podmínka povolení časovače Z=1 je resetována.
V obslužné rutině přerušení, když počet Timer1 odpovídá hodnotě maximálního možného počtu, je načteno číslo instrukce a nastaveno na PORTB. Je také nastavena podmínka pro povolení zahrnutí Timer1-Z=0.
Text programu "RXlaser":

$regfile = "attiny2313a.dat"
$krystal = 4000000
$hwstack = 40
$swstack = 16
$framesize = 32

Ddrb = 255" PORTB - všechny výstupy
portb = 0
Ddrd = 0 "vstup PORTD
Portd = 255" PORTD pullup
Config Timer0 = Counter , Prescale = 1 , Edge = Falling "jako počítadlo pulzů
Config Timer1 = Timer , Prescale = 1024 , Clear Timer = 1" jako časovač
Stop Timer1
Časovač 1 = 0
Počítadlo 0 = 0

"definování proměnných:
Dim X jako Byte
Dim Comm As Byte
Dim Z As Bit
Dim K As Bit

X = 80
Compare1a = X "počet pulzů v zápasovém registru
Z = 0

Na Compare1a Pulse "přerušte rutinu náhodou

Enable Interrupts "povolit přerušení
Povolit porovnání1a

Proveďte „hlavní smyčku
Pokud Z = 0 Pak „první podmínka pro povolení časovače
K=Port.3
Pokud K = 0 Pak „druhá podmínka pro povolení časovače
Spustit časovač 1
Z = 1
Konec, pokud
Konec, pokud
smyčka

Pulse: "shodou okolností přerušit podprogram
Stop Timer1
Comm = Counter0" čtení z čítače externích impulsů
Comm = Comm - 1 "určující číslo bitu v portu
Portb = 0 "nulový port
Set Portb.comm "nastaví bit odpovídající číslu příkazu
Z = 0
Počítadlo 0 = 0
Časovač 1 = 0
vrátit se
Konec "ukončit program

Programy "TXlaser" a "RXlaser" jsou umístěny ve složce Lazer_prog.

Přijímač je umístěn na desce o rozměrech 46x62 mm (viz obr. 5). Všechny komponenty jsou typu SMD, s výjimkou mikrokontroléru, který musí být umístěn v čipovém panelu DIP typu TRS (SCS) - 20.

Nastavení přijímače spočívá v nastavení koeficientu přenosu mezi koncovými body a prahové hodnoty komparátoru. K vyřešení prvního problému je nutné připojit osciloskop na pin 7 DA4.2 a volbou hodnoty R18 nastavit takový koeficient průchozího přenosu, při kterém maximální amplituda emisí hluku pozorovaná na obrazovce nepřekročí 100 mV. Poté se osciloskop přepne na pin 1 DA4.1 a volbou odporu (R21) se nastaví nulová úroveň komparátoru. Zapnutím vysílače a nasměrováním laserového paprsku na fotodiodu se musíte ujistit, že se na výstupu komparátoru objeví obdélníkové impulsy.
Deska plošných spojů přijímače RXD.PCB je také umístěna ve složce FILE PCAD.

Je možné zvýšit odolnost laserového kanálu proti šumu modulací signálu s frekvencí pomocné nosné 30 - 36 kHz. K modulaci shluků pulsů dochází ve vysílači, zatímco přijímač obsahuje pásmový filtr a amplitudový detektor.

Schéma takového vysílače (vysílač 2) je na obr.6. Na rozdíl od výše popsaného vysílače 1 má vysílač 2 generátor pomocné nosné naladěný na frekvenci 30 kHz a namontovaný na slotech DD2.1, DD2.4. Generátor poskytuje modulaci shluků kladných pulzů.

Přijímač laserového kanálu se subnosnou frekvencí (přijímač 2) je namontován na domácím čipu K1056UP1 (DA1). Obvod přijímače je na obr.7. Pro izolaci příkazových impulsů je k výstupu mikroobvodu DA1 10 připojen amplitudový detektor s nízkofrekvenčním filtrem a normalizátor impulsů, shromážděný na logických prvcích DD3.1, DD3.2, sestavě diod DA3 a C9, R24. Zbytek obvodu 2 přijímače je stejný jako obvod 1 přijímače.

Tato kapitola pojednává o technologii laserové komunikační sítě a také o jejích výhodách, jako je ekonomika; nízké provozní náklady; vysoká šířka pásma a kvalita digitální komunikace, stejně jako rychlé nasazení a rekonfigurace sítě.

Laserová zařízení mohou přenášet jakýkoli síťový tok, který je jim dodáván pomocí optického nebo měděného kabelu v dopředném a zpětném směru. Vysílač převádí elektrické signály na modulované laserové záření v infračervené oblasti s vlnovou délkou 820 nm a výkonem až 40 mW. Laserová komunikace využívá atmosféru jako médium šíření. Poté laserový paprsek vstupuje do přijímače, který má maximální citlivost v rozsahu vlnové délky záření. Přijímač převádí laserové záření na signály použitého elektrického nebo optického rozhraní. Takto probíhá komunikace pomocí laserových systémů.

Optický rozsah má mnoho charakteristických vlastností a díky krátké vlnové délce umožňuje dosáhnout vysoké směrovosti záření, výrazně zmenšit velikost anténních systémů, vytvářet extrémně úzké laserové paprsky a získat vysokou koncentraci elektromagnetického záření v prostoru.

Při přenosu informace modulovanými elektromagnetickými oscilacemi je nutné, aby modulační frekvence byla 10 ... 100 krát menší než nosná frekvence. Modulační frekvence navíc zabírají určité frekvenční pásmo a jeho šířka je dána množstvím informace přenášené za jednotku času. Například přenos telegrafického textu vyžaduje šířku pásma 10 Hz, zatímco televizní obraz vyžaduje šířku pásma 107 Hz a nosnou frekvenci alespoň 108 Hz. Rádiový rozsah zaujímá frekvenční pásmo 104…108 Hz a je plně zvládnutý. Informační kapacita komunikačního kanálu v mikrovlnném rozsahu (109..1012 Hz) je vyšší, ale vzhledem ke zvláštnostem šíření mikrovlnného záření v atmosféře je komunikace mezi mikrovlnnými stanicemi možná pouze v přímé viditelnosti. vzdálenost. V optickém rozsahu zaujímá frekvenční pásmo od 41014 do 1015 Hz pouze viditelná oblast. Pomocí laserového paprsku je teoreticky možné zajistit přenos 1015/107 = 108 televizních kanálů, což je o několik řádů více než moderní potřeby, nebo 1013 telefonních hovorů. Jednou z výhod optických komunikačních linek je tedy schopnost přenášet velké množství informací díky ultra širokému frekvenčnímu pásmu. Zvládnutí optického rozsahu: vytvoření laserových světelných zdrojů, citlivých polovodičových přijímačů optického záření a vývoj nízkoztrátových vláknových LED - otevírá nové možnosti pro vytváření komunikačních systémů.

Optický dosah otevírá možnost vytváření informačních a řídicích systémů s charakteristikami, které jsou v rádiovém dosahu zásadně nedosažitelné. K dnešnímu dni jsou k dispozici různé pozemní, letecké a kosmické systémy optické komunikace, laserová lokalizace, laserové systémy pro letecký monitoring přírodního prostředí, letecké průzkumné systémy, systémy zabraňující srážkám pohybujících se objektů, laserové systémy pro dokovací lodě, systémy pro laserové navádění a laserové ovládání zbraní bylo vyvinuto.

Potenciální možnosti laserových informačních systémů, ale i optických metod přenosu a zpracování informací obecně, jsou velmi vysoké. V mnoha problémech jsou maximální dosažitelné charakteristiky omezeny pouze kvantovými efekty. Ve skutečnosti však není vždy možné potenciál optického rozsahu v praxi efektivně realizovat. Důvodů je mnoho.

Výkonové charakteristiky skutečných laserových systémů jsou do značné míry ovlivněny nevyhnutelným kolísáním zdrojů laserového záření, náhodnými změnami parametrů informačních procesů, vlivy různých interferencí a pravděpodobnostním charakterem operace fotodetekce. Mnoho informačních systémů optického dosahu je postaveno pomocí otevřeného (nejčastěji atmosférického) kanálu. Pro laserové záření je atmosférickým kanálem kanál s náhodně nehomogenním prostředím šíření. Účinky absorpce optického záření atmosférickými plyny, molekulární a aerosolový rozptyl, narušení časoprostorové struktury a narušení koherence laserového záření - to vše má znatelný vliv na energetický potenciál, principy zpracování informačních signálů a rozsah vytvořených systémů. Všechny výše uvedené znaky ukazují, že analýzu laserových informačních systémů, posouzení jejich potenciálu a reálně dosažitelných vlastností nelze provést bez pravděpodobnostního studia struktury informačních signálů a interference.

K dnešnímu dni bylo nashromážděno mnoho výsledků o pravděpodobnostní analýze různých laserových systémů. Většina těchto výsledků se však jeví jako velmi roztříštěná, nejsou založeny na jednotném přístupu a je poměrně obtížné je použít v praktických problémech. Potřeba dalších podrobných studií pravděpodobnostní struktury signálů, interference a obecně informačních procesů v radiooptice je spojena s potřebou zdokonalit matematické modely, vyřešit problémy optimalizace struktury signálů a systémů a vyvinout nové slibné algoritmy. pro přenos, příjem, konverzi a zpracování informací v optických informačních systémech.

Laserová komunikace je alternativou k rádiové, kabelové a optické komunikaci. Laserové systémy umožňují vytvořit komunikační kanál mezi dvěma budovami umístěnými ve vzdálenosti až 1,2 km od sebe a přenášet telefonní provoz (rychlost od 2 do 34 Mbps), data (rychlost až 155 Mbps) nebo jejich kombinaci. Na rozdíl od bezdrátových rádiových systémů poskytují laserové komunikační systémy vysokou odolnost proti šumu a utajení přenosu, protože neoprávněný přístup k informacím lze získat pouze přímo z transceiveru.

Společnost, která využívá laserovou komunikaci k vytvoření primárního (nadbytečného) komunikačního kanálu krátkého dosahu, se nejen zbaví potřeby pokládat nové kabelové komunikace, ale také nutnosti získat povolení k používání rádiové frekvence. Nízké náklady na organizaci vysoce výkonného komunikačního kanálu, stejně jako krátká doba potřebná k jeho zprovoznění, navíc zajistí rychlou návratnost investice. Široká škála možností a nepochybných výhod laserového zařízení tedy činí jeho použití tím nejlepším řešením problému organizace spolehlivého komunikačního kanálu mezi dvěma budovami.