Lazer iletişimi, kablosuz iletişimin başka bir yoludur. uzaylılarla lazer iletişimi

E. N. Chepusov, S. G. Sharonin

Bugün hayatımızı bilgisayarlar ve bunlara dayalı ağlar olmadan hayal etmek imkansız. İnsanlık, tek bir kişinin yaşadığı yeni bir dünyanın eşiğindedir. bilgi alanı. Bu dünyada iletişim artık fiziksel sınırlarla, zamanla veya mesafeyle kısıtlanmayacaktır.

Artık dünya çapında performans gösteren çok sayıda ağ var. çeşitli işlevler ve birçok farklı problemin çözümü. Er ya da geç, ama her zaman öyle bir an gelir ki verim ağ tükendi ve yeni iletişim hatlarının döşenmesi gerekiyor. Binanın içinde bunu yapmak nispeten kolaydır, ancak iki komşu bina birbirine bağlandığında zorluklar başlar. İş yapmak için özel izinler, onaylar, lisanslar ve ayrıca bir dizi kompleksin performansı gereklidir. teknik gereksinimler ve araziyi veya kanalizasyonu yöneten kuruluşların önemli mali taleplerinin karşılanması. Kural olarak, iki bina arasındaki en kısa yolun düz bir çizgi olmadığı hemen ortaya çıkıyor. Ve bu yolun uzunluğunun bu binalar arasındaki mesafeyle karşılaştırılabilir olması hiç de gerekli değil.

Elbette herkes, çeşitli radyo ekipmanlarına (radyo modemler, düşük kanallı radyo röle hatları, mikrodalga dijital vericiler). Ancak karmaşıklık azalmıyor. Hava aşırı doygun ve radyo ekipmanı kullanmak için izin almak çok zor ve hatta bazen imkansız. Ve bu ekipmanın verimi önemli ölçüde maliyetine bağlıdır.

Yeni bir ekonomik türden yararlanmayı öneriyoruz kablosuz iletişim, oldukça yakın zamanda ortaya çıkan - lazer iletişimi. Bu teknoloji en çok geliştirildiği ABD'de geliştirildi. Lazer iletişim, binalar arasında telekomünikasyon sistemlerini birbirine bağlarken ortaya çıkabilecek güvenilir, yüksek hızlı kısa menzilli (1,2 km) iletişim sorununa uygun maliyetli bir çözüm sunar. Kullanımı, yerel ağların küresel ağlarla entegrasyonuna, entegrasyona izin verecektir. uzak arkadaş diğer yerel ağlardan ve ayrıca dijital telefon ihtiyaçlarını karşılar. Lazer iletişimi, RS-232'den ATM'ye kadar bu amaçlar için gerekli tüm arabirimleri destekler.

Lazer iletişimi nasıl yapılır?

Lazer iletişim, GSM iletişiminin aksine, 155 Mbit/sn'ye varan bilgi aktarım hızlarıyla noktadan noktaya bağlantı yapılmasını mümkün kılar. Bilgisayar ve telefon ağlarında, lazer iletişim modunda bilgi alışverişini sağlar. Tam dubleks. gerektirmeyen uygulamalar için yüksek hız iletimi (örneğin, teknolojik ve güvenlik televizyon sistemlerinde video ve kontrol sinyallerinin iletimi için), yarı çift yönlü değişim ile özel bir ekonomik çözüm vardır. Sadece bilgisayarı değil, aynı zamanda birleştirmek gerektiğinde telefon ağları, yerleşik bir çoklayıcıya sahip lazer cihaz modelleri, LAN trafiğinin ve dijital telefon çok noktaya yayın akışlarının (E1 / PCM30) eşzamanlı iletimi için kullanılabilir.

Lazer cihazları, fiber veya bakır kablo kullanılarak kendilerine iletilen herhangi bir ağ akışını ileri ve geri yönde iletebilir. Verici, elektrik sinyallerini 820 nm dalga boyu ve 40 mW'a kadar güç ile kızılötesi aralığında modüle edilmiş lazer radyasyonuna dönüştürür. Lazer iletişimi, atmosferi bir yayılma ortamı olarak kullanır. Daha sonra lazer ışını, radyasyon dalga boyu aralığında maksimum hassasiyete sahip olan alıcıya girer. Alıcı, lazer radyasyonunu kullanılan elektriksel veya optik arayüzün sinyallerine dönüştürür. Lazer sistemleri kullanılarak iletişim bu şekilde gerçekleştirilir.

Aileler, modeller ve özellikleri

Bu bölümde size ABD'deki en popüler üç lazer sistemi ailesini tanıtmak istiyoruz - LOO, OmniBeam 2000 ve OmniBeam 4000 (Tablo 1). LOO ailesi temeldir ve veri aktarımına izin verir ve sesli mesajlar 1000 m'ye kadar mesafeler OmniBeam 2000 ailesi benzer yeteneklere sahiptir, ancak daha fazla mesafe(1200 m'ye kadar) ve video görüntüleri ile veri ve konuşma kombinasyonunu iletebilir. OmniBeam 4000 ailesi, yüksek hızlı veri aktarımı sağlayabilir: 1200 m'ye kadar 34 ila 52 Mbps ve 1000 m'ye kadar 100 ila 155 Mbps. daha az protokolü destekler.

Tablo 1.

Ailelerin her biri, çeşitli iletişim protokollerini destekleyen bir dizi model içerir (Tablo 2). LOO ailesi, 200 m'ye kadar (adın sonunda "S" harfi) iletim mesafeleri sağlayan ekonomik modeller içerir.

Tablo 2.

Lazer iletişim cihazlarının şüphesiz avantajı, çoğu telekomünikasyon ekipmanıyla uyumlu olmalarıdır. çeşitli amaçlar için(hub'lar, yönlendiriciler, tekrarlayıcılar, köprüler, çoklayıcılar ve PBX'ler).

Lazer sistemlerinin kurulumu

Bir sistem oluşturmanın önemli bir adımı, kurulumudur. Gerçek başlatma, iyi eğitimli ve donanımlı uzmanlar tarafından yapıldığında birkaç saat süren lazer ekipmanının kurulumuna ve kurulumuna kıyasla ihmal edilebilir bir süre alır. Aynı zamanda sistemin kalitesi de bu işlemlerin kalitesine bağlı olacaktır. Bu nedenle, tipik dahil etme seçeneklerini sunmadan önce bu konulara biraz dikkat çekmek istiyoruz.

Alıcı-vericiler dış mekana yerleştirildiğinde, çatı veya duvar yüzeyine monte edilebilir. Lazer, binanın duvarına tutturulmuş, genellikle metal olan özel bir sert destek üzerine monte edilir. Destek ayrıca kirişin eğim açısını ve azimutunu ayarlama yeteneği sağlar.

Bu durumda sistemin kurulum ve bakım kolaylığı için bağlantısı bağlantı kutuları (RK) üzerinden gerçekleştirilir. Bağlantı kabloları olarak, genellikle veri iletim devreleri için fiber optik, güç ve kontrol devreleri için bakır kablo kullanılır. Ekipmanın optik veri arabirimi yoksa, elektriksel arabirimi veya harici optik modemi olan bir model kullanılabilir.

Alıcı-vericinin güç kaynağı ünitesi (PSU) her zaman iç mekana kurulur ve LAN ekipmanı veya yapılandırılmış dağıtım için kullanılan bir duvara veya rafa monte edilebilir. kablo sistemleri. Yakına, OB2000 ve OB4000 ailelerinin alıcı-vericilerinin çalışmasının uzaktan kontrolüne hizmet eden bir durum monitörü de kurulabilir. Kullanımı, lazer kanalının teşhisine, sinyal değerini belirtmeye ve ayrıca kontrol etmek için sinyali döngüye sokmaya izin verir.

Lazer alıcı-vericileri dahili olarak kurarken, camdan geçerken lazer radyasyon gücünün düştüğü unutulmamalıdır (her camda en az %4). Diğer bir sorun da yağmur yağdığında camın dışından su damlacıklarının akmasıdır. Mercek rolü oynarlar ve ışın saçılmasına yol açabilirler. Bu etkiyi azaltmak için ekipmanı camın üstüne yakın bir yere kurmanız önerilir.

Yüksek kaliteli iletişim sağlamak için bazı temel gereksinimleri dikkate almak gerekir.

Bunların en önemlisi, onsuz iletişimin imkansız olacağı, binaların görüş alanı içinde olması ve ışın yolunda opak engeller olmaması gerektiğidir. Ayrıca alıcı bölgesindeki lazer ışınının çapı 2 m olduğundan alıcı-vericilerin yayaların ve trafiğin üzerinde en az 5 m yükseklikte olması gerekmektedir.Bu güvenlik düzenlemelerinden kaynaklanmaktadır. Taşıma aynı zamanda iletimin güvenilirliğini ve kalitesini etkileyen bir gaz ve toz kaynağıdır. Işın, elektrik hatlarının yakın çevresinde yayılmamalı veya bunları geçmemelidir. Ağaçların olası büyümesini, sert rüzgarlar sırasında taçlarının hareketini, ayrıca yağışın etkisini ve uçan kuşlardan kaynaklanan olası arızaları hesaba katmak gerekir.

Doğru alıcı-verici seçimi, kanalın Rusya'daki tüm iklim koşullarında istikrarlı çalışmasını garanti eder. Örneğin, büyük bir ışın çapı ile, çökelme ile ilişkili başarısızlık olasılığı azalır.

Lazer ekipmanı bir kaynak değildir Elektromanyetik radyasyon(AMY). Bununla birlikte, EMI'li cihazların yakınına yerleştirilirse, lazerin elektronik ekipmanı bu radyasyonu alacaktır ve bu da hem alıcıda hem de vericide sinyalde bir değişikliğe neden olabilir. Bu, iletişim kalitesini etkileyeceğinden, lazer ekipmanının güçlü radyo istasyonları, antenler vb. gibi EMI kaynaklarının yakınına yerleştirilmesi önerilmez.

Bir lazer kurarken, lazer alıcı-vericilerini yılda birkaç gün doğu-batı yönünde yönlendirmekten kaçınmak istenmektedir. Güneş ışınları lazer radyasyonunu birkaç dakika bloke edebilir ve alıcıdaki özel optik filtrelerle bile iletim imkansız hale gelir. Güneşin belirli bir alanda gökyüzünde nasıl hareket ettiğini bilerek, bu sorunu kolayca çözebilirsiniz.

Titreşim, lazer alıcı-vericinin kaymasına neden olabilir. Bunu önlemek için lazer sistemlerinin motorların, kompresörlerin vb. yakınına kurulması önerilmez.

Şekil 1. Lazer alıcı-vericilerin yerleştirilmesi ve bağlantısı.

Açmanın birkaç tipik yolu

Lazer iletişimi, noktadan noktaya bağlantıda kısa mesafeli iletişim sorununu çözmeye yardımcı olacaktır. Örnek olarak, birkaç tipik seçeneği veya dahil etme yöntemini ele alalım. Yani, her biri bir bilgisayar ağına sahip bir merkez ofisiniz (CO) ve bir şubeniz (F) var.

Şekil 2, aşağıdakileri kullanarak F ve CO'yu birleştirmenin gerekli olduğu durum için bir iletişim kanalı organizasyonunun bir varyantını göstermektedir: ağ protokolü Ethernet ve fiziki çevre- koaksiyel kablo (kalın veya ince). CO, LAN sunucusunu barındırır ve PC, bu sunucuya bağlanması gereken bilgisayarları barındırır. LOO-28/LOO-28S veya OB2000E modelleri gibi lazer sistemlerinin yardımıyla bu sorunu kolayca çözebilirsiniz. Köprü CO'ya ve tekrarlayıcı F'ye kurulur. Köprü veya tekrarlayıcının optik arayüzü varsa, optik minimodem gerekli değildir. Lazer alıcı-vericileri çift optik fiber ile bağlanır. Model LOO-28S, 213 m'ye kadar bir mesafede ve LOO-28 - 1000 m'ye kadar 3 mrad'lık "güvenli" bir alım açısı ile iletişim kurmanıza izin verecektir. OB2000E modeli, 5 mrad'lık "iyi" bir alım açısında 1200 m'ye kadar olan mesafeleri kapsar. Bu modellerin tümü tam çift yönlü modda çalışır ve 10 Mbps aktarım hızı sağlar.

Şekil 2 Bir Uzak Ethernet LAN Segmentini Bağlama koaksiyel kablo.

Fiziksel ortam olarak bükümlü çift (10BaseT) kullanarak iki Ethernet ağını birleştirmek için benzer bir seçenek Şekil 3'te gösterilmektedir. Farkı, köprü ve tekrarlayıcı yerine gerekli sayıda 10BaseT'ye sahip hub'ların kullanılmasında yatmaktadır. konektörler ve lazer alıcı-vericileri bağlamak için bir AUI veya FOIRL. Bu durumda, tam çift yönlü modda gerekli iletim hızını sağlayan bir lazer alıcı-verici LOO-38 veya LOO-38S kurmak gerekir. LOO-38 modeli 1000 m'ye kadar ve LOO-38S modeli 213 m'ye kadar iletişim kurabilir.

Şekil 3. Uzak bükümlü çift Ethernet LAN segmentinin bağlanması.

Şekil 4, iki LAN (Ethernet) ve iki PBX (CO ve F'de) arasındaki çok noktaya yayın dijital akışı E1 (PCM30) arasındaki birleşik veri iletiminin bir varyantını göstermektedir. Bu sorunu çözmek için 1200 m mesafeye kadar 12 (10 + 2) Mbps hızında veri ve ses iletimi sağlayan OB2846 modeli uygundur. 75 ohm koaksiyel kablo BNC konnektörü üzerinden. Verilerin ve konuşma akışlarının çoklanmasının gerekli olmadığına dikkat edilmelidir. ek ekipman ve her birinin verimini ayrı ayrı azaltmadan alıcı-vericiler tarafından gerçekleştirilir.

Şekil 4. Bilgisayar ve telefon ağlarının birleştirilmesi.

Şekillenme yüksek hızlı iletim ATM anahtarları ve lazer alıcı-vericiler kullanan iki LAN (CO'da LAN "A" ve F'de LAN "B") arasındaki veriler Şekil 5'te gösterilmektedir. OB4000 modeli, yüksek hızlı kısa menzilli iletişim sorununu çözecektir. en uygun yol. E3, OS1, SONET1 ve ATM52 akışlarını 1200 m mesafeye kadar gerekli hızlarda ve 100 Base-VG veya VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX veya Fast Ethernet (802.3) iletebileceksiniz, 1000 m'ye kadar gerekli hızlarda FDDI, TAXI 100/ 140, OC3, SONET3 ve ATM155. İletilen veriler, bir SMA konnektörü ile bağlanan standart bir çift optik fiber kullanılarak lazer alıcı-vericiye iletilir.

Şekil 5. Yüksek hızlı telekomünikasyon ağlarının toplanması.

Verilen örnekler ayrıntılı değildir. seçenekler lazer ekipmanı kullanımı.

Daha karlı olan nedir?

bulmaya çalışalım lazer iletişimi diğer kablolu ve kablosuz çözümler avantajlarını ve dezavantajlarını kısaca değerlendirerek (Tablo 3).

Tablo 3

Optik iletişim, optik aralıktaki elektromanyetik dalgalar kullanılarak bilgi iletilerek gerçekleştirilir. Örnek olarak optik iletişim geçmişte kullanılan mesajların ateşler yardımıyla iletilmesini veya semafor alfabesini örnek verebiliriz. XX yüzyılın 60'larında lazerler yaratıldı ve inşa etmek mümkün hale geldi. geniş bant sistemleri sadece telefon değil, aynı zamanda televizyon ve bilgisayar sinyallerini de ileten optik iletişim.
Optik iletişim sistemleri, sinyalin atmosferde veya uzayda iletildiği açık ve ışık kılavuzları kullanılarak kapalı olarak ayrılır. . Ayrıca, yalnızca açık atmosferik iletişim hatları dikkate alınmıştır.
İki nokta arasındaki bir optik atmosferik iletişim sistemi, görüş hattı içinde hattın her iki ucunda bulunan ve birbirine yönlendirilmiş iki çift alıcı-vericiden oluşur. Verici, bir jeneratör-lazer ve iletilen sinyal tarafından optik radyasyonunun bir modülatörünü içerir. Modüle edilmiş lazer ışını paralelleştirilir optik sistem ve alıcıya doğru ilerleyin. Alıcıda radyasyon, algılandığı ve iletilen bilginin çıkarıldığı fotodetektöre odaklanır. Lazer ışını atmosferdeki iletişim noktaları arasında iletildiğinden, dağılımı büyük ölçüde hava koşullarına, duman, toz ve diğer hava kirliliğinin varlığına bağlıdır. Ayrıca atmosferde, ortamın kırılma indeksinde dalgalanmalara, ışın salınımlarına ve alınan sinyalin bozulmalarına yol açan türbülanslı olaylar gözlenir. Bununla birlikte, bu sorunlara rağmen, atmosferik lazer iletişiminin birkaç kilometrelik mesafelerde oldukça güvenilir olduğu ortaya çıktı ve özellikle "en son bilgiler" sorununu çözmek için umut verici. Işığın ortamla doğrusal ve doğrusal olmayan etkileşimi Tamamen niteliksel özellikler açısından, bu fenomenler üç ana gruba ayrılabilir: hava gazı molekülleri tarafından soğurma ve saçılma, aerosoller (toz, yağmur, kar, sis) ile zayıflama ve radyasyon atmosferik türbülanslardan kaynaklanan dalgalanmalar ve aerosol zayıflamasının maksimum olduğu yoğun sis.Bir lazer ışınının yayılması, atmosferik türbülanstan, yani hava hareketinin neden olduğu kırılma indisindeki rastgele uzay-zaman değişimlerinden, dalgalanmalardan da güçlü bir şekilde etkilenir. sıcaklığı ve yoğunluğu. Bu nedenle, atmosferde yayılan ışık dalgaları, yalnızca soğurulmayı değil, aynı zamanda iletilen güçte de dalgalanmalar yaşar.
Atmosferik türbülans, dalga cephesinde bozulmalara ve sonuç olarak lazer ışınının salınımlarına ve genişlemesine ve enine kesitinde enerjinin yeniden dağılımına yol açar. Alıcı antenin düzleminde, bu, kendisini bir hertz kesirlerinden birkaç kilohertz'e kadar bir frekansla kaotik bir karanlık ve parlak noktalar değişiminde gösterir. Bu durumda, bazen sinyal zayıflaması meydana gelir (terim radyo iletişiminden ödünç alınmıştır) ve bağlantı kararsız hale gelir. Solma en çok açık güneşli havalarda, özellikle sıcak yaz aylarında, kuvvetli rüzgarlı gün doğumu ve gün batımında belirgindir.ALS sistemleri yalnızca iletişim kanallarının "son milinde" değil, aynı zamanda fiberde ekler olarak da kullanılabilir. optik çizgiler bazı zor alanlarda; dağlık koşullarda, havaalanlarında, bir kuruluşun farklı binaları arasında (devlet kurumları, alışveriş merkezleri, endüstriyel işletmeler, üniversite kampüsleri, hastane kompleksleri, şantiyeler vb.) iletişim için; uzayda aralıklı yerel bilgisayar ağları oluştururken; anahtarlama merkezleri arasındaki iletişimi organize ederken ve baz istasyonları hücresel ağlar; Kurulum için sınırlı süre ile hattın operasyonel döşenmesi için. bu nedenle, içinde Son zamanlarda yerli üreticilerin bu yeni ve gelecek vaat eden sektöre artan ilgisi

Lazer iletişim sisteminin işlevsel şeması çok basittir:

· işlem birimi, çeşitli sinyallerden standart cihazlar(telefon, faks, dijital PBX, yerel bilgisayar ağı) ve bunları bir lazer modem tarafından iletim için kabul edilebilir bir forma dönüştürür;

· dönüştürülen sinyal, elektron-optik birim tarafından kızılötesi radyasyon şeklinde iletilir;

· alıcı tarafta, optik sistem tarafından toplanan ışık, tekrar elektrik sinyallerine dönüştürüldüğü fotodetektöre düşer;

· güçlendirilmiş ve işlenmiş elektrik sinyali orijinal haliyle geri yüklendiği sinyal işleme ünitesine girer.

İletim ve alım, eşleştirilmiş modemlerin her biri tarafından aynı anda ve birbirinden bağımsız olarak gerçekleştirilir. Lazer modemler, alıcı-vericilerin optik eksenleri çakışacak şekilde kurulur. Ana zorluk, alıcı-vericilerin optik eksenlerinin yönünün hizalanmasıdır. Verici ışını sapma açısı y'dir farklı modeller birkaç yay dakikasından 0,5°'ye ve hizalama doğruluğu bu değerlere karşılık gelmelidir.

Alıcı-verici üniteleri kurulduktan sonra, her iki binada da kablo ağlarına bağlanmalıdır. Çok çeşitli arayüzlere sahip birçok cihaz modeli vardır, ancak, radyo iletişimi için ekipman tedarikçilerinin aksine, kablosuz optik sistem üreticileri aşağıdaki genel bağlantı ideolojisine bağlıdır: bir lazer iletişim hattı, bir kablo segmentinin (iki bükülmüş çiftler veya bir optik kablonun iki damarı). Kablosuz optiklerle bağlantılı yerel ağlarözel bir kabloyla bağlanmış gibi çalışırlar. Bazı lazer modem modellerinde, Ethernet ağları ve E1 akar. Sonuç olarak, bir atmosferik bağlantı, çoklayıcı kullanılmadan binaların LAN ve telefon ağlarını birbirine bağlayabilir.

böyle görünüyor kurulu sistem atmosferik lazer iletişimi. Sistem çıkışı - 3 mesafeye kadar 100Mbit/sn! kilometre. Fotoğraf:

Bazı kablosuz uzak köprüler, veri iletmek için kızılötesi lazer ışığı kullanır. Tipik olarak, böyle bir cihaz, geleneksel bir kablolu Ethernet köprüsü ve fiziksel iletişim sağlayan bir lazer modem içerir. Başka bir deyişle, lazer cihazı yalnızca veri bitleri gönderir ve işin geri kalanı normal bir köprü tarafından yapılır. Lazer modemler, özel aletler olmadan tespit edilemeyen 820 nm dalga boyuna sahip radyasyon üretir. Açıkçası, lazer köprüleri için verici ve alıcı düz bir çizgi üzerinde bulunmalıdır. görünürlük Köprüler arasındaki tipik mesafe 1 km'nin biraz üzerindedir ve lazerin gücü ile sınırlıdır.
Bu tür sistemlerin ana avantajlarından biri yüksek verimleridir. Saniye avantaj, yeterli gürültü bağışıklığıdır, çünkü kızılötesi radyasyon radyo dalgalarıyla etkileşime girmez. Fiber optik sistemler gibi, lazer köprüler de yüksek seviye güvenlik. Bilgiyi yakalamak için ışın hattına uygun bir cihazın yerleştirilmesi gerekir ki bu, birincisi kolayca tespit edilebilir ve ikincisi, bu tür sistemler yüksek binaların çatılarına kurulduğu için uygulanması çok zordur. Lazer tabanlı sistemlerin dezavantajları, iletişim hava koşullarının kararlılığı üzerindeki etkisidir. Şiddetli yağmur, kar veya sis, önemli ölçüde ışın saçılmasına ve sinyal zayıflamasına neden olur. Kanal doğudan batıya doğru yönlendirilmişse, iletişim gün doğumu veya gün batımından da etkilenebilir.
kablosuz köprüler yedek kanal veya geçici bir araç olarak ağları kalıcı olarak bağlamak için kullanılır. Birçok şirket üretimi ile uğraşmaktadır. Bant genişliği ve iletişim mesafesine bağlı olarak fiyatlar, kanal başına 5.000 ABD Doları ile 75.000 ABD Doları arasında değişmektedir. Pahalı, ancak zamanla böyle bir karar işe yarayabilir.

Lazer ışını üzerinden 2,5 Gbps

fSONA İletişimi tanıtıldı yeni sistem kablosuz optik iletişim SONAbeam 2500-M, yaklaşık 2,5 Gb / sn'lik bir veri aktarım hızı elde etmeyi sağlar. Sistemin temeli, 560 mW lazer çıkış gücü ile 1550 nm dalga boyunda çalışan dört yedekli vericidir. Açık havada beş kilometrelik bir test sahasında sistem çalıştı en yüksek hız ve neredeyse hatasız.

Kontrol soruları

1. Kablosuz ağlar oluşturmak için hangi teknolojiler kullanılıyor?

2. Radyo ağlarının ana teknolojilerini listeleyin.

3. t nedir erişim noktası(erişim noktası)?

4. 802.11 teknolojisini tanımlayın Yönlü ve çok yönlü anten nedir?

5. nedir roaming(roaming).?

6. IEEE 802.11 standardına alternatif teknolojileri listeler;

7. Teknolojiyi karakterize edin Bluetooth.

8. Teknolojiyi karakterize edin HiperLAN.

9. Optik ağlar nelerdir?

10. Mikrodalga sistemleri nelerdir?

11. IEEE 802.16 (WiMAX) standardını karakterize ediyor musunuz?

12. nedir Kablosuz ağ alçak dünya yörüngesindeki uydulara mı dayalı?

13. Kızılötesi sisteme hangi cihazlar dahildir?

14. IR radyasyonu nedir?

15. Atmosferik lazer iletişimi nedir?

16. Atmosferik lazer iletişiminde alım ve iletim nasıl gerçekleşir?

Lazer veri iletim sistemleri, görüş alanı içindeki nesneler arasında tek yönlü ve çift yönlü iletişimi organize etmek için tasarlanmıştır.
Serbest Uzay Optikleri - atmosferik optik iletişim (AOLS) ve kablosuz optik iletişim kanalı (BOX) içeren FSO teknolojisi bir yoldur kablosuz iletim elektromanyetik spektrumun kısa dalga kısmındaki bilgi. Aktarma ilkesine dayanır. dijital sinyal radyasyonu (kızılötesi veya görünür) modüle ederek ve ardından bir optik fotodetektör tarafından algılanarak atmosferden (veya uzaydan) geçer.
Kablosuz optik iletişimin mevcut durumu, örneğin uydular arasındaki iletişim için atmosferik koşullarda 100 ila 1500-2000 m mesafelerde ve açık alanda 100.000 km'ye kadar güvenilir iletişim kanalları oluşturmanıza olanak tanır. Fiber optiğe alternatif bir çözüm olarak, atmosferik optik veri iletim hatları (AODL), kablosuz bir optik iletişim kanalının ultra hızlı oluşumuna izin verir.

1. Atmosferik optik iletişim hattı

Telekomünikasyon pazarının hızlı gelişimi, yüksek hızlı veri iletim hatları gerektirir. Bununla birlikte, fiber optik döşenmesi sağlam bir yatırım anlamına gelir ve prensip olarak her zaman mümkün değildir.
Bu durumda doğal bir alternatif, kablosuz mikrodalga iletişim hatlarıdır, ancak frekans izinlerinin derhal elde edilmesi sorunu, özellikle büyük şehirlerde kullanım olasılıklarını keskin bir şekilde sınırlar.
Başka bir kablosuz iletişim yöntemi, noktadan noktaya veya noktadan çok noktaya topoloji kullanan optik iletişim hatlarıdır (lazer veya optik iletişim). Optik iletişim, optik aralıktaki elektromanyetik dalgalar kullanılarak bilgi iletilerek gerçekleştirilir. Optik iletişime örnek olarak geçmişte kullanılan mesajların ateş veya semafor alfabesi kullanılarak iletilmesini verebiliriz. XX yüzyılın 60'larında lazerler yaratıldı ve geniş bantlı optik iletişim sistemleri inşa etmek mümkün hale geldi. Moskova'daki ilk atmosferik iletişim hattı (ALS) 60'ların sonunda ortaya çıktı: fırlatıldı telefon hattı Lenin Tepeleri'ndeki Moskova Devlet Üniversitesi binası ile 5 km'den uzun Zubovskaya Meydanı arasında. İletilen sinyalin kalitesi standartlara tamamen uygundur. Aynı yıllarda Leningrad, Gorki, Tiflis ve Erivan'da ALS ile deneyler yapıldı. Genel olarak testler başarılıydı, ancak o zamanlar uzmanlar kötü hava koşullarının lazer iletişimini güvenilmez hale getirdiğini düşünüyorlardı ve bunun umut verici olmadığı düşünülüyordu.
O yıllarda kullanılan sürekli (analog) modülasyonlu sinyallerin kullanılması normalize olmayan zayıflamaya yol açmıştır. optik sinyal atmosferin etkisi nedeniyle.
ALS'nin dünyanın birçok ülkesinde modern yaygın kullanımı, 1998 yılında, 100 mW veya daha fazla güce sahip ucuz yarı iletken lazerlerin yaratılmasıyla başladı ve uygulama başladı. dijital işleme sinyal, normalleştirilmemiş sinyal zayıflamasından kaçınmayı ve bir hata algılandığında bilgi paketini yeniden iletmeyi mümkün kıldı.
Aynı zamanda, hızla gelişmeye başladıkları için lazer iletişim ihtiyacı ortaya çıktı. Bilişim teknolojisi. İnternet, IP telefon gibi telekomünikasyon hizmetlerinin sağlanmasına ihtiyaç duyan abone sayısı, kablo TVİle Büyük bir sayı kanallar, bilgisayar ağları vb. Sonuç olarak, bir "son mil" sorunu vardı (bir geniş bant iletişim kanalını son kullanıcı). Yeni kablo ağlarının döşenmesi büyük yatırımlar gerektirir ve bazı durumlarda, özellikle yoğun kentsel alanlarda çok zor hatta imkansızdır.
Son bölümdeki soruna en uygun çözüm, kablosuz iletim hatlarının kullanılmasıdır.
Kablosuz iletişim hatlarının avantajları açıktır: ekonomiktirler (kablo döşemek ve arazi kiralamak için hendek kazmaya gerek yoktur); düşük işletme maliyetleri; yüksek verim ve kalite dijital iletişim; ağın hızlı dağıtımı ve yeniden yapılandırılması; engellerin üstesinden gelmek kolay - demiryolları, nehirler, dağlar vb.
Radyo aralığındaki kablosuz iletişim, tıkanıklık ve kıtlık nedeniyle sınırlıdır. Frekans aralığı, yetersiz gizlilik, kasıtlı ve bitişik kanallardan gelenler de dahil olmak üzere parazite yatkınlık, artan güç tüketimi. Ek olarak, radyo iletişimi, Rusya Federasyonu'nun Gossvyaznadzor organları tarafından frekans tahsisi, kanal için kiralama ve Radyo Frekansları Devlet Komisyonu tarafından radyo ekipmanının zorunlu sertifikasyonu ile uzun vadeli koordinasyon ve kayıt gerektirir. Lazer araçlarının kullanılması bu karmaşık sorunu ortadan kaldırır. Bunun nedeni, ilk olarak, lazer iletişim sistemlerinin radyasyon frekansının koordinasyonun gerekli olduğu aralığın (Rusya'da) ötesine geçmesi ve ikincisi, eksikliğin olmasıdır. pratik olanaklar bir bilgi alışverişi aracı olarak tespit edilmeleri ve tanımlanmaları.
Lazer sistemlerinin ana özellikleri:
kanalın yetkisiz erişime karşı neredeyse mutlak koruması ve sonuç olarak, tüm sinyal enerjisini ark dakikalarının kesirlerinden (lazer uzay iletişim sistemlerinde) onlarcaya kadar açılarda yoğunlaştırma olasılığı nedeniyle yüksek düzeyde gürültü bağışıklığı ve gürültü bağışıklığı derece (tamamen erişilebilir iç mekan iletişim sistemleri);
yüksek bilgi kapasiteleri kanallar (onlarca Gbps'ye kadar)
bilgi aktarımında gecikme olmaz (ping<1ms) как у радиолиний
belirgin maskeleme işaretlerinin olmaması (esas olarak sahte elektromanyetik radyasyon) ve yalnızca iletilen bilgileri değil, aynı zamanda bilgi alışverişi gerçeğini de gizlemeyi mümkün kılan ek maskeleme olasılığı.
Ek olarak, birçok uzman bu sistemlerin biyolojik güvenliğine dikkat çekiyor, çünkü çeşitli amaçlar için lazer sistemlerindeki ortalama radyasyon gücü yoğunluğu, Güneş'in yarattığı ışınımdan yaklaşık 3-6 kat daha az ve ayrıca ilkelerinin basitliği. inşaat ve işletme, benzer bir amaca yönelik geleneksel bilgi aktarma araçlarına kıyasla nispeten düşük maliyetli.
Tasarım:
Lazer iletişim hattı, görüş hattı içinde birbirinin karşısına yerleştirilmiş iki özdeş istasyondan oluşur (Şekil 1).

Pirinç. 1. ALS tasarımı

Tüm ALS istasyonlarının yapısı hemen hemen aynıdır: arayüz modülü, modülatör, lazer, verici optik sistem, alıcı optik sistem, demodülatör ve alıcı arayüz modülü. Verici, darbeli bir yarı iletken lazer diyotuna (bazen geleneksel bir LED) dayalı bir yayıcıdır. Çoğu durumda alıcı, yüksek hızlı bir pin fotodiyoduna veya bir çığ fotodiyoduna dayanır.
Kullanıcının ekipmanından iletilen veri akışı arayüz modülüne ve ardından yayıcı modülatöre gider. Daha sonra sinyal, yüksek verimli bir enjeksiyon lazeri tarafından kızılötesi aralıkta optik radyasyona dönüştürülür, optikler tarafından dar bir ışına paralel hale getirilir ve atmosfer yoluyla alıcıya iletilir. Karşı noktada, alınan optik radyasyon, alıcı mercek tarafından tespit edildiği oldukça hassas, yüksek hızlı bir fotodedektörün (çığ veya iğne fotodiyotları) alanına odaklanır. Daha fazla amplifikasyon ve işlemeden sonra, sinyal alıcının arayüzüne ve oradan da kullanıcının ekipmanına ulaşır. Benzer şekilde, dubleks modda, aynı anda ve bağımsız olarak gelen bir veri akışı vardır.
Lazer ışını atmosferdeki iletişim noktaları arasında iletildiğinden, dağılımı büyük ölçüde hava koşullarına, duman, toz ve diğer hava kirliliğinin varlığına bağlıdır. Bununla birlikte, bu sorunlara rağmen, atmosferik lazer iletişiminin birkaç kilometrelik mesafelerde oldukça güvenilir olduğu ve özellikle "son mil" sorununu çözmek için umut verici olduğu ortaya çıktı.
Atmosferin kablosuz kızılötesi iletişimin kalitesi üzerindeki etkisini düşünün. Lazer radyasyonunun atmosferde yayılmasına, ışığın ortamla doğrusal ve doğrusal olmayan etkileşimine ilişkin bir dizi fenomen eşlik eder. Tamamen niteliksel gerekçelerle, bu fenomenler üç ana gruba ayrılabilir:
1. absorpsiyon (bir foton demetinin atmosferik moleküllerle doğrudan etkileşimi);
2. aerosol saçılması (toz, yağmur, kar, sis);
3. atmosferik türbülanslarda radyasyon dalgalanmaları.

Atmosfer yoluyla lazer ışını ile iletişim artık gerçek oldu. 5 km'ye kadar mesafelerde büyük miktarda bilginin yüksek güvenilirlikle iletilmesini sağlar ve birçok zor görevi çözer. Bu nedenle son zamanlarda bu tür iletişime ilgi artmıştır.

¹Dalgalanmalar (Latince dalgalanma - dalgalanma), fiziksel büyüklüklerin ortalama değerlerinden rastgele sapmaları.
²İnternet kaynağı: http://laseritc.ru/?id=93

2. Kablosuz optik iletişim kanalı

Kablosuz optik iletişim kanalı (BOX), verileri atmosfer yoluyla ileten bir cihazdır. Ethernet standardının bir veri iletim kanalı oluşturmak için tasarlanmıştır. BOX, iletişim kanalının her iki tarafına yerleştirilmiş iki özdeş alıcı-vericiden (optik tüpler) oluşur. Her birim bir alıcı-verici modülü, bir vizör, bir arayüz kablosu (5 m uzunluğunda), bir yönlendirme sistemi, bir braket, bir güç kaynağı ünitesi ve bir erişim ünitesinden oluşur.
Alıcı-verici modülü, kızılötesi aralığında (bir kızılötesi yarı iletken LED'den oluşan) yüksek yönlü optik radyasyon vericisi ve oldukça hassas bir LED olan bir alıcı içerir. LED'ler 0,87 mikron dalga boyunda çalışır. BOKS sistemlerinin yerli üreticilerine ait birkaç örnek ve bunların özellikleri Tablo 1'de açıklanmaktadır.
Tablo 1. Optik iletişim kanalları oluşturmaya yönelik cihazlar

Şekil 2, BOKS-10M'yi açıkça göstermektedir.

Pirinç. 2. KUTU-10M

Çalışma prensibi:
Bir optik kanal kullanarak veri aktarım sürecini düşünün (Şekil 3). Ethernet bağlantı noktasından gelen elektrik sinyali, arayüz kablosundan vericiye gider; burada LED, onu ışın ayırıcıdan geçen ve mercek tarafından dar bir ışına odaklanan kızılötesi radyasyona dönüştürür. Atmosferi geçtikten sonra, radyasyonun bir kısmı başka bir alıcı-vericinin merceğine çarpar, odaklanır ve bir ışın ayırıcı tarafından alıcıya beslenir. Alıcı, IR radyasyonunu, arabirim kablosu aracılığıyla Ethernet bağlantı noktasına beslenen bir elektrik sinyaline dönüştürür. Güç kaynağı vericiye, alıcıya, görüntüleme birimine ve lens sisi/buzlanmayı önleme sistemine güç sağlar.

Pirinç. 3. BOKS ailesinin cihazının genel çalışma prensibi.

İletim güvenilirliği, öncelikle uygun işaretleme ve enerji rezervleri ile sağlanır. Doğru yönlendirme ile BOKS-10ML ve BOKS-10M modellerinde sistemin enerji rezervi dört katı olmalıdır (yani objektif merceğin 4/5'ini kapatarak güzel havalarda %100 güvenilir bir kanala sahip oluyoruz) . BOKS-10MPD modeli 16 kat enerji rezervine sahiptir. Bu durumda kanalın yıl boyunca kullanılabilirliği %99.7-99.9 olacaktır. Sistemin enerji marjı ne kadar yüksek olursa, ideal durumda %99,99'a ulaşan kanalın güvenilirliği de o kadar yüksek olur.
Ayrıca sistemin güvenilir çalışması Ethernet ağlarında kullanılan CSMA/CD ortam erişim yönteminden kaynaklanmaktadır. Herhangi bir çarpışma - hava koşullarının bozulması veya kısa süreli bir engelin ortaya çıkması, paketin fiziksel düzeyde yeniden iletilmesine yol açar, ancak çarpışma duyulmayacak olsa bile (bu, örneğin, BOKS-10ML ve BOKS-10M modelleri, almadan iletime geçiş süresinin elbette 4 µs'ye eşit olması ve paketin kaybolması nedeniyle, daha sonra teslimat güvencesiyle çalışan üst düzey protokoller bu olayı takip edecektir. ve istek tekrarlanacak.
Atmosferik bağlantı hiçbir zaman %100 bağlantı garantisi vermez, bu nedenle örneğin kötü hava koşullarında (yoğun kar, çok yoğun sis, şiddetli yağmur vb.) kanal çalışmayabilir. Ancak bu durumda iletişimin kesilmesi geçici olacak ve koşullar düzeldikten sonra bağlantı kendiliğinden geri yüklenecektir. Hava koşulları nedeniyle iletişim kaybı olasılığını azaltmak için, ışık akısının enerjisini ve sonuç olarak sistemin bir bütün olarak güvenilirliğini artıran daha büyük çalışma mesafesine sahip modeller kurmak gerekir.
Sistemin güvenilir ve kararlı çalışması için bir başka koşul, verici aydınlatmasının geometrik noktasının merkezinin alıcı merceğin merkeziyle çakışmasıdır. Desteğin mekanik ve mevsimsel dalgalanmalarının yanı sıra rüzgar yükleri, sistemi ışık spotu bölgesinin dışına çıkarabilir ve bunun sonucunda bağlantı ortadan kalkar. Sistemlerin tüm tasarımı ve vericiden gelen aydınlatma noktasının boyutu, yukarıdaki nedenlerden dolayı iletişim kaybı olasılığını en aza indirecek şekilde koordine edilmiştir. İşaretleme sırasında, aşağıdaki geometrik problem çözülür: kaba işaretleme sırasında elde edilen bir noktadan, sistemi yayıcının ışık akısından aydınlatma noktasının geometrik merkezine taşımak ve son olarak işaretleme sistemini bu konumda sabitlemek gerekir. Standart bir yönlendirme sistemi kullanılarak bu problem 35 iterasyonda çözülür.
Kurulum:
Telsizler çatı veya duvar yüzeylerine monte edilebilir. BOX, eğim açısını yatay ve dikey olarak ayarlamanıza izin veren metal bir destek üzerine monte edilmiştir (Şek. 4). Alıcı-verici, bağlantı kabloları olarak genellikle kategori 5 bükümlü çift (UTP) kullanılarak özel bir erişim bloğu aracılığıyla bağlanır. Erişim ünitesi, optik kanalın yanından alıcı-vericiye, özel konektörlerle donatılmış geleneksel bir bükümlü çift kablo olan bir arabirim kablosuyla bağlanır. Öte yandan, erişim bloğu bir bilgisayara veya bir ağ cihazına (yönlendirici veya anahtar) bağlıdır.
Erişim ünitesi ve alıcı-verici güç kaynağı her zaman iç mekanlarda yan yana kurulur. Duvara monte edilebilirler veya LAN ekipmanı için kullanılan aynı raflara yerleştirilebilirler.
Güvenilir çalışma için aşağıdaki önerilere uyulmalıdır:
binalar görüş alanı içinde olmalıdır (kiriş tüm yol boyunca opak engellerle karşılaşmamalıdır);
cihazın yerden mümkün olduğunca yükseğe ve ulaşılması zor bir yere yerleştirilmesi daha iyidir;
sistemi kurarken, alıcı-vericilerin doğu-batı yönünde yönlendirilmesinden kaçınılmalıdır (böyle özel bir gereklilik oldukça basit bir şekilde açıklanmaktadır: gün doğumu veya gün batımındaki güneş ışınları radyasyonu birkaç dakika engelleyebilir ve iletim durur) ;
Titreşim borunun hareket etmesine ve bağlantıyı koparmasına neden olabileceğinden sabitleme noktasının yakınında motor, kompresör vb. olmamalıdır.

Pirinç. 4. Rehberlik sisteminin şeması

Bağlantı türleri:
Şekil 5, olası BOX bağlantı türlerini göstermektedir.

Pirinç. 5. KUTU bağlantı türleri

Farklı kaynaklarda, kızılötesi dalga boyu aralığında kablosuz veri iletimi için çok sayıda ekipman adı vardır. Yurtdışında, bu sistem sınıfına genellikle FSO - Serbest Uzay Optiği denir, Sovyet sonrası alanda kablosuz optik iletişim sistemleri için bir dizi atama vardır. BOKS kısaltması temel alınmalıdır - "İletişim" sistemi (CCS) sertifikasında yansıtıldığı gibi bir kablosuz optik iletişim kanalı.

Bir lazer kanalının bir radyo kanalına göre avantajları, öncelikle radyo paraziti yaratmamasıdır; ikincisi, daha gizlidir; üçüncüsü, yüksek düzeyde elektromanyetik radyasyona maruz kalma koşulları altında kullanılabilir.

Vericinin şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir. Verici, ATtiny2313 (DD1) mikrodenetleyicisine dayalı bir komut kodlayıcıdan, BC847V transistörlerine (VT1, VT2) dayalı bir çıkış ünitesinden ve sırasıyla bir DB9-F konektöründen (kablo üzerinde) oluşan bir RS-232 arabiriminden oluşur. ) (XP1) ve MAX3232'de (DD3) bir seviye dönüştürücü.

Mikrodenetleyicinin sıfırlama devresi, DD2 (CD4011B), R2, C7 öğelerinden oluşur. Çıkış birimi, bir transistör VT2 üzerindeki bir akım sınırlayıcı aracılığıyla bir lazer işaretçinin bağlandığı toplayıcı devresinde bir transistör VT1 üzerinde yapılan bir elektronik anahtardır. Verici, 9 - 12 V'luk sabit stabilize bir voltajla çalışır. Mikro devreler DD1, DD2, DD3, 78L05 (DA1) stabilizatörü tarafından belirlenen 5V'luk bir voltajla çalışır.

DD1 denetleyicisi, "echo" işlevini kullanarak Bascom terminalinden RS-232 arabirimi aracılığıyla bir kişisel bilgisayardan (PC) komutlar göndermesine izin veren BASCOM ortamında programlanmıştır.

Mikrodenetleyici, dahili bir osilatörden 4 MHz'lik bir saat frekansına sahiptir. OS0A'nın (PB2) çıkışından yaklaşık 1,3 kHz frekansa sahip darbe paketleri çıkış ünitesine beslenir. Bir paketteki darbe sayısı, PC'den alınan komut sayısına göre belirlenir.
Bir komut girmek için PC klavyesinde herhangi bir tuşa basmanız, ardından "Komut yaz" ve "Enter No. 1 ... 8" kelimeleri göründüğünde, 1'den 8'e kadar bir sayı girip "Enter" tuşuna basmanız gerekir. .

Verici mikrodenetleyici "TXlaser" için program, ana döngüden (DO ... LOOP) ve iki kesme işleme alt programından oluşur: alımda (Urxc) ve zamanlayıcı 0 taşmasında (Timer0).

1,3 kHz'lik bir çıkış frekansı elde etmek için, zamanlayıcı bir frekans bölme faktörü (Ön ölçek) = 1024 ile yapılandırılır. Ek olarak, sayım düşük Z = 253 değerinden başlar (PB2'de yüksek bir seviyede) ve 255. PB2 çıkışının değiştirildiği işleme sırasında bir zamanlayıcı taşma kesintisi meydana gelir ve zamanlayıcı tekrar Z = 253 değerine ayarlanır. Böylece, PB2 çıkışında 1,3 kHz frekanslı bir sinyal görünür (bkz. Şekil 2) ). Aynı alt programda, PB2'deki darbelerin sayısı belirtilenle karşılaştırılır ve eşitlerse zamanlayıcı durur.

Alma kesme işleyicisinde, iletilecek darbelerin sayısı ayarlanır (1 - 8). Bu sayı 8'den fazla ise terminale "ERROR" mesajı verilir.

Alt programın çalışması sırasında, PD6 çıkışında bir düşük seviye bulunur (HL1 LED'i sönüktür) ve zamanlayıcı durdurulur.
Ana döngüde PD6 pini yüksektir ve HL1 LED'i yanar.
"TXlaser" programının metni:

$regfile = "attiny2313a.dat"
$kristal = 1000000
$hwstack = 40
$yığın = 16
$çerçeve boyutu = 32

Yapılandırma Pind.0 = Giriş "UART - RxD
Yapılandırma Portd.1 = Çıkış "UART - TxD
Config Portd.6 = Çıkış "LED HL1
Config Portb.2 = Çıkış "OC0A çıkışı

"zamanlayıcı yapılandırma0-bölme oranı=1024:
Config Timer0 = Zamanlayıcı , Ön ölçek = 1024
Timer0'ı Durdur "zamanlayıcıyı durdur

Dim N As Byte "değişkenleri tanımlama"
N0'ı Bayt Olarak Kıs

Sabit Z \u003d 253 "çıkış frekansı için zamanlayıcı sayısının alt sınırı \u003d 1,3 kHz
Zamanlayıcı0=Z

Urxc Rxd'de "kesme rutini al
On Timer0 Pulse "Taşma Kesme Rutini

Urxc'yi etkinleştir
Timer0'ı etkinleştir

"Ana döngü" yapın
Portd.6'yı ayarlayın "LED HL1'i açın
döngü

Rxd: "kesme işleme yordamını al
Zamanlayıcıyı Durdur0
M1:
"Komut yaz" yazdır
Giriş "1...8 No girin:" , N0 "komut girişi
N0 > 8 ise "komut numarası limiti"
"Hata" Yazdır
M1'e git
eğer biterse
N0 = N0 * 2
N0 \u003d N0 - 1 "bir patlamadaki darbe sayısı için ayar değeri
Portb.2'yi Değiştir
Start Timer0 "başlangıç ​​zamanlayıcısı
geri dönmek

Nabız: "taşma iptal rutini
Zamanlayıcıyı Durdur0
Portb.2'yi Değiştir
Portd.6'yı Sıfırla "LED'i kapatın
Zamanlayıcı0=Z
N \u003d N + 1 "darbe sayısında artış
Eğer N = N0 ise O zaman "darbe sayısı = verilirse
N=0
N0 = 0
Bekleme süresi 500" gecikme 0,5 saniye
Başka
Timer0'ı başlat, aksi takdirde saymaya devam et
eğer biterse
geri dönmek
Programı sonlandır

Verici, 46x62 mm boyutlarında bir baskılı devre kartı üzerinde yapılmıştır (bkz. Şekil 3). Mikrodenetleyici dışındaki tüm elemanlar SMD tipindedir. ATtiny2313 mikro denetleyicisi bir DIP paketinde kullanılır. "Acısız" yeniden programlayabilmek için DIP mikro devreleri TRS (SCS) - 20 paneline yerleştirilmesi önerilir.

Verici baskılı devre kartı TXD.PCB, "FILE PCAD" klasöründe bulunur.
Lazer kanalı alıcısının şematik diyagramı Şekil 4'te gösterilmektedir. Birinci amplifikatör DA3.1'in (LM358N) girişinde, CE3, R8, R9 elemanlarından oluşan ve 1KHz'lik bir kesme frekansına sahip olan bir düşük frekanslı filtre, aydınlatma armatürlerinden gelen 50-100 kHz'lik arka plan gürültüsünü azaltır. DA3.2 ve DA4.2 amplifikatörleri, alınan yararlı sinyal darbelerinin süresini yükseltir ve artırır. DA4.1'deki karşılaştırıcı, CD4011D (DD2) yongası - DD2.1, DD2'nin invertörleri aracılığıyla beslenen bir çıkış sinyali (bir) üretir. Sinyal, mikrodenetleyici ATtiny2313 (DD1) - T0 (PB4) ve PB3'ün kontaklarına senkronize olarak ulaşır. Böylece harici darbe sayma modunda çalışan Timer0 ve bu sayımın zamanını ölçen Timer1 senkron olarak başlatılır. Bir kod çözücünün işlevini yerine getiren denetleyici DD1, PORTB pinlerinde log.1'i sırasıyla PB0 ... PB7 olarak ayarlayarak alınan 1 ... 8 komutlarını görüntülerken, bir sonraki komutun gelmesi bir öncekini sıfırlar. . PB7'ye "8" komutu geldiğinde, VT1 transistörü üzerindeki bir elektronik anahtarı kullanarak K1 rölesini açan log.1 görünür.

Alıcı, 9-12V'luk sabit bir voltajla çalışır. Analog ve dijital kısımlar, 78L05 DA5 ve DA2 stabilizatörleri tarafından belirlenen 5V voltajlarla beslenir.

RXlaser programında, Timer0, harici darbelerin bir sayacı olarak ve Timer1, mümkün olan maksimum darbe sayısının geçiş süresini sayan bir zamanlayıcı olarak yapılandırılır (komut 8).

Ana döngüde (DO…LOOP) Zamanlayıcı1, ilk komut darbesi (K=0) alındığında açılır, zamanlayıcı etkinleştirme koşulu Z=1 sıfırlanır.
Kesme hizmet rutininde, Zamanlayıcı1 sayısı mümkün olan maksimum sayının değeriyle eşleştiğinde, talimat numarası okunur ve PORTB olarak ayarlanır. Zamanlayıcı1-Z=0'ın dahil edilmesine izin verme koşulu da ayarlanmıştır.
"RXlaser" programının metni:

$regfile = "attiny2313a.dat"
$kristal = 4000000
$hwstack = 40
$yığın = 16
$çerçeve boyutu = 32

Ddrb = 255" PORTB - tüm çıkışlar
port = 0
Ddrd = 0" PORTD girişi
Bağlantı noktası = 255" PORTD çekme
Config Timer0 = Counter , Prescale = 1 , Edge = Darbe sayacı olarak düşen "
Config Timer1 = Timer , Prescale = 1024 , Clear Timer = 1" zamanlayıcı olarak
Zamanlayıcı1'i Durdur
Zamanlayıcı1 = 0
Sayaç0 = 0

"değişkenleri tanımlama:
X'i Bayt Olarak Kısma
İletişimi Bayt Olarak Kısma
Z'yi Bit Olarak Kıs
Bit Olarak K Dim

X=80
Compare1a = X "eşleştirme kaydındaki darbe sayısı
Z = 0

Compare1a Pulse'ta "rutini tesadüfen kesintiye uğrattı

Kesintileri Etkinleştir "kesintileri etkinleştir
Compare1a'yı etkinleştir

"Ana döngü" yapın
Z = 0 ise "zamanlayıcıyı etkinleştirmek için ilk koşul"
K=Bağlantı noktası.3
K = 0 ise "zamanlayıcıyı etkinleştirmek için ikinci koşul"
Zamanlayıcı1'i Başlat
Z = 1
eğer biterse
eğer biterse
döngü

Nabız: "alt programı tesadüfen kesintiye uğrat
Zamanlayıcı1'i Durdur
Comm = Counter0 "harici darbelerin sayacından okuma
Comm = Comm - 1" porttaki bit sayısını belirleme
Portb = 0" sıfır port
Set Portb.comm "komut numarasına karşılık gelen biti ayarlayın
Z = 0
Sayaç0 = 0
Zamanlayıcı1 = 0
geri dönmek
Programı sonlandır

"TXlaser" ve "RXlaser" programları Lazer_prog klasöründe yer almaktadır.

Alıcı, 46x62 mm ölçülerinde bir tahta üzerine yerleştirilmiştir (bkz. Şekil 5). TRS (SCS) - 20 tipi DIP çip paneline yerleştirilmesi gereken mikrodenetleyici haricindeki tüm bileşenler SMD tipindedir.

Alıcının ayarlanması, uçtan uca iletim katsayısının ve karşılaştırıcının eşiğinin ayarlanmasına gelir. İlk sorunu çözmek için, DA4.2'nin 7 numaralı pimine bir osiloskop bağlamak ve R18 değerini seçerek, ekranda gözlemlenen gürültü emisyonlarının maksimum genliğinin geçemeyeceği bir geçiş katsayısı ayarlamak gerekir. 100 mV. Daha sonra osiloskop DA4.1'in 1. pimine geçer ve bir direnç (R21) seçilerek karşılaştırıcının sıfır seviyesi ayarlanır. Vericiyi açıp lazer ışınını fotodiyoda yönlendirerek, karşılaştırıcının çıkışında dikdörtgen darbelerin göründüğünden emin olmanız gerekir.
Alıcı baskılı devre kartı RXD.PCB de FILE PCAD klasöründe bulunur.

Sinyali 30 - 36 kHz'lik bir alt taşıyıcı frekansıyla modüle ederek lazer kanalının gürültü bağışıklığını artırmak mümkündür. Darbe patlamalarının modülasyonu vericide gerçekleşirken, alıcı bir bant geçiren filtre ve bir genlik detektörü içerir.

Böyle bir vericinin (verici 2) şeması, Şekil 6'da gösterilmiştir. Yukarıda ele alınan vericinin (1) tersine, vericinin (2) 30 kHz frekansa ayarlanmış ve DD2.1, DD2.4 yuvalarına monte edilmiş bir alt taşıyıcı üreteci vardır. Jeneratör, pozitif darbelerin patlamalarının modülasyonunu sağlar.

Alt taşıyıcı frekansına (alıcı 2) sahip lazer kanalı alıcısı, yerel bir K1056UP1 (DA1) yongası üzerine monte edilmiştir. Alıcı devresi Şekil 7'de gösterilmiştir. Komut darbelerini izole etmek için, DD3.1, DD3.2 mantık öğeleri, DA3 ve C9, R24 diyot düzeneği üzerinde toplanan DA1 10 mikro devresinin çıkışına düşük frekanslı filtreli bir genlik dedektörü ve bir darbe normalleştirici bağlanır. Alıcı devresi 2'nin geri kalanı, alıcı devresi 1 ile aynıdır.

Bu bölümde, lazer iletişim ağı teknolojisinin yanı sıra ekonomi gibi avantajları tartışılmaktadır; düşük işletme maliyetleri; yüksek bant genişliği ve dijital iletişim kalitesinin yanı sıra hızlı dağıtım ve ağ yeniden yapılandırması.

Lazer cihazları, fiber veya bakır kablo kullanılarak kendilerine iletilen herhangi bir ağ akışını ileri ve geri yönde iletebilir. Verici, elektrik sinyallerini 820 nm dalga boyu ve 40 mW'a kadar güç ile kızılötesi aralığında modüle edilmiş lazer radyasyonuna dönüştürür. Lazer iletişimi, atmosferi bir yayılma ortamı olarak kullanır. Daha sonra lazer ışını, radyasyon dalga boyu aralığında maksimum hassasiyete sahip olan alıcıya girer. Alıcı, lazer radyasyonunu kullanılan elektriksel veya optik arayüzün sinyallerine dönüştürür. Lazer sistemleri kullanılarak iletişim bu şekilde gerçekleştirilir.

Optik aralığın birçok karakteristik özelliği vardır ve kısa dalga boyu nedeniyle yüksek radyasyon yönlülüğü elde etmeyi, anten sistemlerinin boyutunu önemli ölçüde azaltmayı, son derece dar lazer ışınları oluşturmayı ve uzayda yüksek konsantrasyonda elektromanyetik radyasyon elde etmeyi mümkün kılar.

Modüle edilmiş elektromanyetik salınımlarla bilgi iletirken, modülasyon frekansının taşıyıcı frekansından 10 ... 100 kat daha az olması gerekir. Ek olarak, modülasyon frekansları belirli bir frekans bandını kaplar ve genişliği birim zamanda iletilen bilgi miktarı ile belirlenir. Örneğin, bir telgraf metninin iletimi 10 Hz'lik bir bant genişliği gerektirirken, bir televizyon görüntüsü 107 Hz'lik bir bant genişliği ve en az 108 Hz'lik bir taşıyıcı frekansı gerektirir. Radyo menzili, 104…108 Hz frekans bandını kaplar ve tamamen hakimdir. Mikrodalga aralığındaki (109..1012 Hz) iletişim kanalının bilgi kapasitesi daha yüksektir, ancak mikrodalga radyasyonunun atmosferdeki yayılmasının özellikleri nedeniyle, mikrodalga istasyonları arasındaki iletişim yalnızca bir görüş hattında mümkündür. mesafe. Optik aralıkta, sadece görünür bölge 41014 ile 1015 Hz arasındaki frekans bandını işgal eder. Bir lazer ışını kullanarak, modern ihtiyaçlardan birkaç kat daha yüksek olan 1015/107 = 108 televizyon kanalının veya 1013 telefon görüşmesinin iletimini sağlamak teorik olarak mümkündür. Bu nedenle, optik iletişim hatlarının avantajlarından biri, ultra geniş frekans bandı nedeniyle büyük miktarda bilgi iletme yeteneğidir. Optik aralıkta uzmanlaşma: lazer ışık kaynaklarının oluşturulması, optik radyasyonun hassas yarı iletken alıcıları ve düşük kayıplı fiber LED'lerin geliştirilmesi - iletişim sistemleri oluşturmak için yeni fırsatlar sunuyor.

Optik aralık, radyo aralığında temelde ulaşılamaz özelliklere sahip bilgi ve kontrol sistemleri oluşturma olasılığını açar. Bugüne kadar, çeşitli yer, havacılık ve uzay optik iletişim sistemleri, lazer konumu, doğal ortamın havacılık ve uzay izlemesi için lazer sistemleri, havadan keşif sistemleri, hareketli nesneler için çarpışmadan kaçınma sistemleri, uzay aracını yanaştırmak için lazer sistemleri, lazer rehberlik sistemleri ve silahların lazer kontrolü geliştirilmiştir.

Lazer bilgi sistemlerinin potansiyel yetenekleri ve ayrıca genel olarak bilgi iletimi ve işlenmesi için optik yöntemler çok yüksektir. Pek çok problemde, elde edilebilecek maksimum özellikler yalnızca kuantum etkileriyle sınırlıdır. Bununla birlikte, gerçekte, optik aralığın potansiyelini pratikte etkin bir şekilde uygulamak her zaman mümkün değildir. Bunun için birçok nedeni vardır.

Gerçek lazer sistemlerinin performans özellikleri, lazer radyasyon kaynaklarındaki kaçınılmaz dalgalanmalardan, bilgi işlem parametrelerindeki rastgele değişikliklerden, çeşitli girişimlerin etkilerinden ve foto algılama işleminin olasılıksal yapısından büyük ölçüde etkilenir. Birçok optik menzil bilgi sistemi, açık (çoğunlukla atmosferik) bir kanal kullanılarak oluşturulur. Lazer radyasyonu için atmosferik kanal, rastgele homojen olmayan bir yayılma ortamına sahip bir kanaldır. Optik radyasyonun atmosferik gazlar tarafından emilmesinin etkileri, moleküler ve aerosol saçılması, uzay-zaman yapısının bozulmaları ve lazer radyasyonunun tutarlılığının ihlali - tüm bunların enerji potansiyeli, bilgi işleme ilkeleri üzerinde gözle görülür bir etkisi vardır. oluşturulan sistemlerin aralığı. Yukarıdaki özelliklerin tümü, lazer bilgi sistemlerinin analizinin, potansiyellerinin ve gerçekte elde edilebilir özelliklerinin değerlendirilmesinin, bilgi sinyallerinin ve girişimin yapısının olasılıksal bir çalışması olmadan gerçekleştirilemeyeceğini göstermektedir.

Bugüne kadar, çeşitli lazer sistemlerinin olasılık analizi üzerine çok sayıda sonuç birikmiştir. Ancak bu sonuçların çoğu çok dağınık görünmektedir, birleşik bir yaklaşıma dayanmamaktadır ve pratik problemlerde kullanılması oldukça zordur. Sinyallerin olasılıksal yapısı, girişim ve genel olarak radyo optiğindeki bilgi süreçleri hakkında ek ayrıntılı çalışmalara duyulan ihtiyaç, matematiksel modelleri iyileştirme, sinyallerin ve sistemlerin yapısını optimize etme problemlerini çözme ve yeni umut verici algoritmalar geliştirme ihtiyacı ile ilişkilidir. optik bilgi sistemlerinde bilgi iletmek, almak, dönüştürmek ve işlemek için.

Lazer iletişimi, radyo, kablo ve fiber optik iletişime bir alternatiftir. Lazer sistemleri, birbirinden 1,2 km mesafeye kadar bulunan iki bina arasında bir iletişim kanalı oluşturmanıza ve telefon trafiğini (2 ila 34 Mbps hız), verileri (155 Mbps'ye kadar hız) veya bunların kombinasyonunu iletmenize olanak tanır. Kablosuz radyo sistemlerinden farklı olarak, lazer iletişim sistemleri, bilgiye yetkisiz erişim yalnızca doğrudan alıcı-vericiden elde edilebildiğinden, yüksek gürültü bağışıklığı ve iletim gizliliği sağlar.

Birincil (yedek) bir kısa menzilli iletişim kanalı oluşturmak için lazer iletişimini kullanan bir şirket, yalnızca yeni kablolu iletişim kurma ihtiyacından değil, aynı zamanda radyo frekansını kullanmak için izin alma ihtiyacından da kurtulacaktır. Ayrıca, yüksek performanslı bir iletişim kanalını organize etmenin düşük maliyeti ve devreye alma süresinin kısa olması, yatırımın hızlı bir şekilde geri dönmesini sağlayacaktır. Bu nedenle, lazer ekipmanının çok çeşitli olanakları ve şüphesiz avantajları, kullanımını iki bina arasında güvenilir bir iletişim kanalı düzenleme sorununa en iyi çözüm haline getirmektedir.