Технология беспроводной оптической связи (skyDSL)
В атмосферных лазерных линиях связи (АЛС) передача информации осуществляется лазерным лучом. Преимущества беспроводных линий связи очевидны: это экономичность (так как не требуется рыть траншеи для укладки кабеля и арендовать землю); низкие эксплуатационные расходы; высокая пропускная способность и качество цифровой связи; быстрое развертывание и изменение конфигурации сети; легкое преодоление препятствий - железных дорог, рек, гор и т. д.
По сравнению с АЛС радиосвязь в СВЧ-диапазоне ограничена перегруженностью и дефицитом частотного диапазона, недостаточной скрытностью, подверженностью помехам, в том числе и преднамеренным, и с соседних каналов, повышенным энергопотреблением. Кроме того, для СВЧ-связи необходимо длительное согласование и регистрация с назначением частот органами Госсвязьнадзора РФ, арендная плата за канал, обязательная сертификация радиооборудования Государственной комиссией по радиочастотам.
В отличие от СВЧ оптический диапазон совершенно свободен, и его использование не требует согласования частотного канала. Он позволяет обеспечить высокую скорость передачи информации, ее защиту от несанкционированного доступа, помехоустойчивость, низкое энергопотребление.
Для успешного применения АЛС и передачи информации лазерным лучом необходимо учитывать зависимость пропускания оптического излучения от состояния воздушной среды. Распространение лазерного излучения в атмосфере сопровождается целым рядом явлений взаимодействия света со средой. Указанные явления можно разделить на три основные группы: поглощение и рассеяние молекулами газов воздуха, ослабление на аэрозолях (пыль, дождь, снег, туман) и флуктуации излучения на турбулентностях атмосферы. Атмосфера представляет собой механическую смесь из газов, паров, капель жидкости и твердых частиц. В ней всегда в переменном количестве присутствуют пыль, дым, кристаллики льда. Поэтому атмосфера является аэрозолем, состав которого непрерывно изменяется из-за перемешивания. Все типы атмосферных аэрозолей можно объединить в следующие основные классы: облака, туманы, дымки, морозь и осадки - дождь или снег. В таблице 2.1 приведено ослабление излучения в диапазоне 0,85 мкм в зависимости от погодных условий
Из таблицы 2.1 видно, что главными ограничителями дальности АЛС являются густой снег и густой туман, для которых аэрозольное ослабление максимально.
Погодные условия | Затухание, дБ/км |
Ясная погода | 0 - 3 |
Слабый дождь | 3 - 6 |
Сильный дождь | 6 - 17 |
Снег | 6 - 26 |
Легкий туман | 20 - 30 |
Густой туман | 50 - 100 |
Таблица 2.1.
На распространение лазерного луча сильное влияние оказывает также турбулентность атмосферы, то есть случайные пространственно-временные изменения показателя преломления, вызванные перемещением воздуха, флуктуациями его температуры и плотности. Поэтому световые волны, распространяющиеся в атмосфере, испытывают не только поглощение, но и флуктуации передаваемой мощности. Турбулентность атмосферы приводит к уширению лазерного пучка и перераспределению энергии в его поперечном сечении. При этом иногда возникают замирания сигнала (термин заимствован из радиосвязи) и связь становится неустойчивой. Замирание наиболее сильно проявляется в ясную солнечную погоду, особенно в летние жаркие месяцы, в часы восхода и захода солнца, при сильном ветре. Самым простым способом борьбы с замираниями является увеличение размера приемной оптической антенны или использование нескольких приемных антенн (до 8).
Лазерная линия связи состоит из двух идентичных станций, устанавливаемых соосно напротив друг друга в пределах прямой видимости - на крышах или стенах домов или на других высоких подставках. При установке станций для успешной работы необходимо учитывать следующие рекомендации: на пути луча не должно быть препятствий, причем с учетом сезонных изменений (провисания проводов в теплое время года или при обледенении, появления на деревьях лиственного покрова, рост деревьев, снежные заносы зимой и т. д.);
– не следует устанавливать блоки АЛС на лифтовых шахтах, около вытяжных вентиляторов, обслуживающих здания машин, колебания которых могут вызывать отклонение луча;
– не следует монтировать блоки АЛС на консольных конструкциях, металлических надстройках и других сооружениях, которые могут изгибаться под действием тепловых и ветровых нагрузок;
– не следует располагать блоки АЛС вблизи локальных источников тепла, находящихся в створе проложенной линии (вентиляционных выходов, систем кондиционирования воздуха, труб промышленных предприятий и т. п.);
при ориентации системы по направлению запад - восток необходимо учитывать возможные нарушения в работе АЛС в результате засветки приемника при восходе или заходе солнца;
– следует избегать установки систем АЛС в непосредственной близости от мест скопления птиц, которые также могут создавать помехи для связи;
– необходимо учитывать сильное влияние тумана на надежность АЛС и прокладывать линию на возможно большей высоте, где густота тумана меньше.
Диапазоны оптических частот для беспроводного доступаопределяются свойствами воздушной атмосферы в зависимости от времени года, выпадения осадков, пыли, загазованности и т.д. На рисунке 2.4 представлена характеристика пропускания атмосферы.
Рисунок 2.4 – Характеристика пропускания атмосферы для оптических волн
Построение всех станций АЛС практически одинаково: Передаваемый поток данных от аппаратуры пользователя поступает на интерфейсный модуль и затем на модулятор излучателя. Затем сигнал преобразуется высокоэффективным инжекционным лазером в оптическое излучение ближнего ИК-диапазона (0,81-0,86 мкм), оптикой формируется в узкий пучок и передается через атмосферу к приемнику. На противоположном пункте принимаемое оптическое излучение фокусируется приемным объективом на площадку высокочувствительного быстродействующего фотоприемника, где детектируется. После дальнейшего усиления и обработки сигнал поступает на интерфейс приемника, а оттуда на аппаратуру пользователя. Аналогичным образом в дуплексном режиме одновременно и независимо идет встречный поток данных. Кроме указанных основных узлов станция АЛС может быть снабжена монокуляром-целеуказателем и устройством автоматизированной юстировки. Наряду с этим могут быть предусмотрены системы термостабилизации, самодиагностики, индикации рабочих параметров и др.
Системы АЛС могут использоваться не только на "последней миле" каналов связи, но также и в качестве вставок в волоконно-оптические линии на отдельных труднопроходимых участках; для связи в горных условиях, в аэропортах, между отдельными зданиями одной организации (органы управления, торговые центры, промышленные предприятия, университетские городки, больничные комплексы, стройплощадки и т. д.); при создании разнесенных в пространстве локальных компьютерных сетей; при организации связи между центрами коммутации и базовыми станциями сотовых сетей; для оперативной прокладки линии при ограниченном времени на монтаж.
Таблица 2.2 – Сравнительные характеристики некоторых АЛС
Модель, производитель | Ширина канала, Мбит/с | Тип излучателя | Выходная оптическая мощность, мВт | Дальность передачи, (метры) |
SkyNet, Великобритания | 1/3 лазера | 100-300 | 500-4000 | |
SkyNet, Великобритания | 1/3 лазера | 100-300 | 500-4000 | |
SkyCom, Великобритания | 1 лазер | |||
WaveStar OpticAir OLS, Lucent Ink. | 2,5 гбит/с | Лазер | Н/д | До 5000 |
БОКС-100М-900 | 100/200 | Светодиод | 2*150 | 600-900 |
БОКС-E1-1500, "Катарсис" | Светодиод | 2*250 | 600-1500 | |
БОКС-E2-1000, "Катарсис" | Светодиод | 300-1000 | ||
КС-300, НПО "Квантово-оптические системы" | 2-622 | 4 лазера | ||
КС-500, НПО | 2-622 | 4 лазера |
Доступные в настоящее время скорости передачи коммерческих беспроводных оптических систем составляют от 2 Мбит/с до 2,5 Гбит/с с применением всех распространенных интерфейсов локальных вычислительных сетей и цифровых сетей передачи данных. В настоящее время появились и используются беспроводные оптические системы, работающие на скоростях до 10 Гбит/с, а также беспроводные оптические DWDM-системы.
Дата добавления: 2016-03-22; просмотров: 1221;