Sedan livets uppkomst på jorden har förmågan att överföra meddelanden till varandra (eller, som de nu säger, information) ockuperat en av huvudplatserna i mänsklig kommunikation. I det antika Grekland, till exempel, överfördes information med hjälp av ljusvågor, för vilka eldar tändes på speciella torn, för att meddela invånarna om någon viktig händelse. Den optiska telegrafen uppfanns i Frankrike. Den ryske vetenskapsmannen Schelling föreslog en elektrisk trådtelegraf, som senare förbättrades av amerikanen Morse. En elektrisk kabel förband Europa med Amerika. T. Edison fördubblade telegraflinjens kapacitet. A. Popov upptäckte möjligheten att sända telegrafmeddelanden trådlöst - med hjälp av elektromagnetiska vibrationer. Radiotekniken har genomgått en snabb utveckling. De började sända på olika våglängder: lång, medium, kort. Etern blev trångt.

Vad är hastigheten och mängden av överförd information relaterad till? Det är känt att den maximala överföringshastigheten bestäms av varaktigheten av en svängningsperiod för de använda vågorna. Ju kortare period, desto snabbare överföringshastighet för meddelanden. Detta gäller även för sändning av meddelanden med morsekod, telefonkommunikation, radiokommunikation och TV. Således kan kommunikationskanalen (sändare, mottagare och linjen som förbinder dem) sända meddelanden med en hastighet som inte är högre än den naturliga frekvensen för hela kanalen. Men detta är ännu inte ett tillräckligt villkor. För att karakterisera en kommunikationskanal krävs ytterligare en parameter - kanalbandbredden, det vill säga frekvensområdet som används i denna kommunikationskanal. Ju högre överföringshastighet, desto bredare frekvensband över vilket den ska sändas. Båda dessa parametrar tvingar en att bemästra allt högre frekvenser av elektromagnetiska svängningar. Med ökande frekvens ökar faktiskt inte bara överföringshastigheten över en kanal, utan också antalet kommunikationskanaler.

Kommunikationstekniken började gå in i allt kortare våglängder, med först decimetervågor, sedan metervågor och slutligen centimetervågor. Och så blev det stopp på grund av att det blev nej

en lämplig källa för elektromagnetiska bärvågssvängningar. Tidigare existerande källor producerade ett brett spektrum med mycket liten effekt per individuell oscillationsfrekvens. Ljusvågor var inte koherenta, och detta uteslöt att de användes för att överföra komplexa signaler som kräver strålningsmodulering. Situationen förändrades dramatiskt med tillkomsten av lasrar. Laserstrålningens koherens och monokromatiska natur gör att strålen kan moduleras och detekteras på ett sådant sätt att hela bredden av det optiska området används. Den optiska delen av spektrumet är mycket bredare och mer rymlig än radiovågsdelen. Låt oss visa detta med en enkel beräkning. Låt oss beräkna hur mycket information som kan sändas samtidigt via en optisk kommunikationskanal med en våglängd på 0,5 mikron (motsvarande Hz). Låt oss till exempel ta en stad som Moskva. Låt det finnas 1 500 000 telefoner, 100 sända radiostationer och 5 tv-kanaler. För beräkningar antar vi att frekvensbandet för en telefonkanal är Hz, en radiokanal, en tv-kanal - Hz. Låt oss ta en säkerhetsfaktor lika med 100. Vi kommer att göra beräkningar med hjälp av formeln

där c är ljusets hastighet, K är våglängden för elektromagnetisk vibration, frekvensbandet som upptas av en tv-kanal, frekvensbandet för en sändningsstation, frekvensbandet för en telefonkanal, antalet tv-kanaler, antalet tv-kanaler radiokanaler, antalet telefoner, k är säkerhetsfaktorn.

Genom att ersätta värdena för vårt exempel, får vi därför slutsatsen att den högfrekventa komponenten av den elektromagnetiska svängningen, lika med ungefär Hz, tillåter (i princip) en laserstråle att samtidigt säkerställa överföringen av information till en. tusen städer som Moskva. Men för att förverkliga denna grundläggande möjlighet är det nödvändigt att lösa ett antal problem. De är förknippade med modulering, demodulering och strålningens passage i atmosfären. För att förstå detta, överväg en optisk kommunikationslinje (Fig. 27).

Ris. 27. Optisk kommunikationslinje med laser

Kommunikationslinjen består av sändande och mottagande enheter. Sändningsanordningen inkluderar en laser som producerar en högfrekvent bärvåg; en modulator som säkerställer att den överförda informationen överlagras på ljusbäraren; ett optiskt system som är nödvändigt för att fokusera strålning till en smal stråle, vilket ger en lång räckvidd och hög brusimmunitet; mikrofon med förstärkare och målenhet. Mottagningsanordningen består av ett optiskt ingångssystem, en strålningsmottagare, en demodulator, en förstärkare, en högtalare och en anordning för att rikta (binda) mottagaren till sändaren. Kommunikationslinjen fungerar så här. Signalen i form av ljudfrekvens skickas till mikrofonen. Här omvandlas den till elektrisk energi och tillförs en modulator genom vilken laserstrålning passerar. Det visar sig vara modulerat i enlighet med talmeddelandet. Den modulerade strålen kommer in i det optiska systemet. Med hjälp av en siktanordning bestrålar denna strålning platsen där det mottagande systemet är beläget. Det mottagande optiska systemet samlar in laserstrålen och riktar den till mottagaren och förstärkaren. Därefter går den till en demodulator, vars uppgift är att separera den ursprungliga ljudfrekvensen från bärvågsfrekvensen. Den passerar genom en ljudförstärkare och går till en högtalare.

Tabell 15 (se skanning) Karakteristika för modulatorer

Eftersom moduleringsfrekvensen vid sändning av en ljudsignal inte överstiger 104 Hz är de flesta modulatorer och demodulatorer som utvecklats hittills lämpliga för dess implementering. Den mest använda är amplitudmodulering. Optiska element som ändrar sin transparens under påverkan av spänning som appliceras på dem är lämpliga för dess implementering. Denna typ av modulator inkluderar också en Kerr-cell, bestående av ett flytande dielektrikum och metallplattor. När ett elektriskt fält appliceras på plattorna blir det flytande dielektrikumet dubbelbrytande. Som ett resultat kommer polarisationsplanet för den passerande ljusvågen att rotera med en vinkel

där B är Kerr-konstanten, är väglängden och fältstyrkan. I detta fall det planpolariserade fältet

när den passerar genom analysatorn ändrar den dess intensitet i enlighet med det elektriska fältets lag. Med användning av en modulator införs således en ljudfrekvens i laserstrålen. Låt oss titta på tabellen, som presenterar egenskaperna hos olika typer av modulatorer, och försök att välja den som är lämplig för vårt kommunikationssystem.

Låt oss använda en helium-neongaslaser som strålningskälla. För att sända ett ljudmeddelande krävs modulering upp till 20 kHz. Detta tillfredsställs bäst av en germaniumkristall (tabell 15). Den har ett bra moduleringsdjup på 50%. Emellertid kan denna modulator inte användas eftersom dess spektrala transparens ligger i intervallet 1,8...25 µm, dvs den är ogenomskinlig för 0,6328 µm strålning som emitteras av en helium-neonlaser. ADP- eller KDP-kristallen är lämplig för spektralområdet och har god marginal för moduleringsfrekvensen. Med en sådan modulator är det möjligt att modulera optisk strålning i flera frekvensområden, vilket gör det i princip möjligt att införa flera telefonkanaler i en stråle. Men det är omöjligt att introducera flera TV-kanaler i laserstrålen med en sådan modulator, eftersom ett frekvensband på Hz krävs för att sända en TV-bild. Endast ett TV-program kan sändas. Vi behöver modulatorer med ett mycket stort spektrum av modulationsfrekvenser. Låt oss titta på tabellen. Ultraljudsvågsmodulatorn har ett intervall från 5 till 30 MHz. Dess övre gräns är den största; det finns inga andra modulatorer. Låt oss jämföra detta område i Hz med frekvensområdet för en gaslaser. Det kan ses att de skiljer sig med sju storleksordningar, dvs tio miljoner gånger. Följaktligen används inte laserns högfrekventa bärvåg till sin fulla potential. Och den används inte eftersom det ännu inte finns modulatorer med ett frekvensområde upp till Hz. En liknande bild uppstår för strålningsmottagare. De bör också väljas baserat på det spektralområde de verkar inom. Och baserat på det frekvensområde som de kan uppfatta. De mest föredragna är fotomultiplikatorer som har ett frekvensband av storleksordningen 100 MHz, men inte mer. Följaktligen finns här ett problem som kräver en lösning.

Ris. 28. Funktionsdiagram över den första laser-tv-installationen

Det enklaste sättet var att bygga en telefonkommunikationslinje, eftersom alla nödvändiga element var tillgängliga för den: en strålningskälla, en modulator och en strålningsmottagare. Sådana linjer skapades för att utvärdera effektiviteten av deras funktion. En av dem kopplade den automatiska telefonväxeln, som ligger på Sholokhov-torget, med byggnaden av Moskvas statliga universitet på Lenin-kullarna. Med hjälp av en laserstråle som förbinder telefonväxlar var det möjligt att samtidigt föra flera dussin telefonsamtal. En annan linje skapades i Armenien. Den förband Jerevan och Byurokan Astrophysical Observatory, som ligger 50 km bort på berget Aragats.

Applicering av laser i TV

På senare tid har flera system utvecklats där tv-bilder sänds via en optisk kanal. Det enklaste tv-systemet var tillverkat av färdiga komponenter och delar. Funktionsdiagrammet för detta system visas i fig. 28. Den omfattade en industriell laser, två industriella TV-apparater, en standardförstärkare och en videoförstärkare. Dessutom användes mottagande och sändande optiska system, en optisk strålningsmodulator och ett optiskt filter. TV-signalerna som tas emot från den första TV:n förstärks och skickas till modulatorn (videosignaler tas från ett av stegen i TV-mottagarens videokanal). Modulator placerad vid strålningsutgången

laser, ger amplitudmodulering av strålningsflödet. Denna strålning formas till en smal stråle med hjälp av ett optiskt system och riktas mot den mottagande enheten. Den har också ett optiskt mottagande system av spegeltyp (med två speglar), ett smalbandigt optiskt filter och ett membran. Då kommer strålningen in i fotomultiplikatorn. Denna kombination av de tre sista elementen ger ett bra val av den mottagande signalen, vilket gör att systemet kan användas i solbelysningsförhållanden. Signalen vid fotomultiplikatorn omvandlas från optisk till elektrisk, passerar genom en videoförstärkare och matas till bildröret på en andra TV. Trots förekomsten av brus som introducerades av lasern och den intensiva bakgrunden dagtid när TV-installationen arbetade i solljus, var bilden på skärmen på den andra TV:n ganska tillfredsställande. Dessutom var bildskärheten hög, vilket antydde goda överföringsegenskaper hos modulatorn och tillhörande elektroniska enheter. Inget "snöfall" upptäcktes i systemet, vilket indikerar ett tillräckligt signal-brusförhållande.

Vi noterade tidigare att modulatorn är huvudelementet i TV-kommunikationssystemet. Här användes en Pockels-cell, där en moduleringsspänning appliceras på kristallen i ljusflödesriktningen. Denna modulator ger bra moduleringsdjup och har tillräcklig bandbredd, men den har två betydande nackdelar: den första är att en spänning på upp till flera kilovolt krävs för att styra moduleringen, och den andra är att cellen måste kylas.

Redan i efterföljande modifieringar av utrustningen tillämpades lösningar för att eliminera dessa brister. Pockels-cellen ersattes av en KDP-kristall, som har god optisk transparens i detta våglängdsområde, och för att reducera den modulerande spänningen användes ytterligare strålavsmalning med hjälp av ett kollimeringssystem. Detta gjorde det möjligt att smalna av strålen till 1 mm. För att säkerställa mekanisk styrka placerades kristallen i ett metallhölje. Dessa förbättringar har minskat strömförbrukningen med två storleksordningar. Modulatorn arbetade med en spänning på 18 V och förbrukade en ström på 50 mA.

Ris. 29. Schema för en lasersändningskammare

Efter en tid dök det upp prover på tv-system där fem olika tv-bilder sändes via en laserstråle. I dessa system användes en gaslaser som arbetar vid en våglängd av 0,6328 μm med en emitterad effekt på endast 8 mW som strålningskälla. Den mottagande enheten använde en kiselfotodiod. Bildöverföring utfördes på kanalerna 66...7B, 76...82, 182...186, 198..204, 210...216 MHz.

Funktionsdiagrammet för den tredje versionen av den lasersändande TV-kameran visas i fig. 29. Detta system tillhandahöll laserstrålesändning av ett TV-program, såväl som ett musikprogram och digital information. Huvudelementen i enheten var: en argongaslaser med ett strålavsökningssystem i rymden, en mottagare bestående av ett smalbandsfilter med ett passband på 90 ångström, en fotomultiplikator och en förförstärkare. Det tredje komponentblocket var linje- och ramsynkroniseringssystemet. Originaliteten är att en laserstråle med snabb scanning används, och istället för en tv-kamera används en fotomultiplikator. En tv-bild erhålls genom att bestråla ett föremål med kontinuerlig laserstrålning, som roteras i rymden längs två vinkelräta axlar med hjälp av roterande prismor. Horisontell scanning tillhandahålls av ett 16-sidigt prisma som roterar med

hastighet 60 000 rpm. I detta fall säkerställs strålens vertikala hastighet av ett 26-sidigt prisma som roterar med en hastighet av 150 rpm. Dessa två skanningar ger 60 bilder per sekund. Laserstrålningen, som reflekteras av föremålet, vars bild måste erhållas, kommer in i den mottagande enheten, från vars utgång den förstärkta signalen tillförs kontroll-TV:n och bilden av föremålet återskapas på dess skärm. För att synkronisera skanningen av kontroll-TV:n med skanningen av laserstrålen i rymden finns två element. En av dem utför linjesynkronisering och den andra - ramsynkronisering. Fotoceller för de horisontella och vertikala synkroniseringskretsarna är installerade längs laserstrålens horisontella och vertikala avsökningsbana. Fotocellernas utsignaler, förstärkta till önskat värde, ger den nödvändiga synkroniseringen. En positiv egenskap hos en sådan laser-TV-kamera är dess höga bildkvalitet. Dessutom kan den fungera i mörker och kan överföra bilder genom dimma mycket bättre än någon annan enhet för liknande ändamål. Nackdelarna med systemet inkluderar betydande energiförluster vid avsökning av strålen i rymden och närvaron av snabbt roterande element.

E.N. Chepusov, S.G. Sharonin

Idag är det omöjligt att föreställa sig vårt liv utan datorer och nätverk baserade på dem. Mänskligheten står på tröskeln till en ny värld där ett enda informationsutrymme kommer att skapas. I denna värld kommer kommunikation inte längre att hämmas av fysiska gränser, tid eller avstånd.

Nuförtiden finns det ett stort antal nätverk över hela världen som utför olika funktioner och löser många olika problem. Förr eller senare kommer det alltid en tid då nätverkskapaciteten är slut och nya kommunikationslinjer behöver läggas. Detta är relativt enkelt att göra inne i en byggnad, men svårigheter börjar när man kopplar ihop två intilliggande byggnader. Särskilda tillstånd, godkännanden, licenser för att utföra arbete krävs, liksom uppfyllandet av ett antal komplexa tekniska krav och tillfredsställelse av betydande ekonomiska förfrågningar från organisationer som hanterar mark eller avlopp. Som regel blir det omedelbart klart att den kortaste vägen mellan två byggnader inte är en rak linje. Och det är inte alls nödvändigt att längden på denna väg kommer att vara jämförbar med avståndet mellan dessa byggnader.

Naturligtvis känner alla till en trådlös lösning baserad på olika radioutrustning (radiomodem, småkanaliga radiorelälinjer, digitala mikrovågssändare). Men antalet svårigheter minskar inte. Etervågorna är övermättade och att få tillstånd att använda radioutrustning är mycket svårt, och ibland till och med omöjligt. Och genomströmningen av denna utrustning beror avsevärt på dess kostnad.

Vi föreslår att använda en ny, ekonomisk typ av trådlös kommunikation som har dykt upp ganska nyligen - laserkommunikation. Denna teknik fick den största utvecklingen i USA, där den utvecklades. Laserkommunikation ger en kostnadseffektiv lösning på problemet med tillförlitlig, höghastighetskommunikation på kort räckvidd (1,2 km) som kan uppstå vid sammankoppling av telekommunikationssystem från olika byggnader. Dess användning kommer att möjliggöra integration av lokala nät med globala, integration av lokala nät på avstånd från varandra och även för att möta behoven hos digital telefoni. Laserkommunikation stöder alla gränssnitt som behövs för dessa ändamål - från RS-232 till ATM.

Hur går laserkommunikation till?

Laserkommunikation möjliggör, till skillnad från GSM-kommunikation, punkt-till-punkt-anslutningar med informationsöverföringshastigheter på upp till 155 Mbit/s. I dator- och telefonnätverk säkerställer laserkommunikation utbyte av information i full duplex-läge. För applikationer som inte kräver höga överföringshastigheter (till exempel video- och styrsignaler i process- och slutna TV-system) finns en speciell, kostnadseffektiv halvduplexlösning tillgänglig. När det är nödvändigt att kombinera inte bara datorer utan även telefonnät, kan modeller av laserenheter med en inbyggd multiplexer användas för att samtidigt överföra LAN-trafik och digitala grupptelefoniströmmar (E1/ICM30).

Laserenheter kan överföra alla nätverksströmmar som levereras till dem med hjälp av optisk fiber eller kopparkabel i riktning framåt och bakåt. Sändaren omvandlar elektriska signaler till modulerad laserstrålning i det infraröda området med en våglängd på 820 nm och en effekt på upp till 40 mW. Laserkommunikation använder atmosfären som ett fortplantningsmedium. Laserstrålen träffar då en mottagare som har maximal känslighet inom strålningens våglängdsområde. Mottagaren omvandlar laserstrålning till signaler från det elektriska eller optiska gränssnittet som används. Så går kommunikationen till med lasersystem.

Familjer, modeller och deras egenskaper

I det här avsnittet vill vi presentera dig för de tre familjerna av de mest populära lasersystemen i USA - LOO, OmniBeam 2000 och OmniBeam 4000 (tabell 1). LOO-familjen är grundläggande och tillåter data- och röstkommunikation upp till 1000 m. OmniBeam 2000-familjen har liknande möjligheter, men fungerar över en längre sträcka (upp till 1200 m) och kan överföra videobilder och en kombination av data och röst. OmniBeam 4000-familjen kan ge höghastighetsdataöverföring: från 34 till 52 Mbit/s över avstånd upp till 1200 m och från 100 till 155 Mbit/s upp till 1000 m Det finns andra familjer av lasersystem på marknaden de täcker antingen kortare avstånd eller stöder färre protokoll.

Tabell 1.

Varje familj inkluderar en uppsättning modeller som stöder olika kommunikationsprotokoll (tabell 2). LOO-familjen inkluderar ekonomiska modeller som ger överföringsavstånd på upp till 200 m (bokstaven "S" i slutet av namnet).

Tabell 2.

En otvivelaktig fördel med laserkommunikationsenheter är deras kompatibilitet med de flesta telekommunikationsutrustningar för olika ändamål (hubbar, routrar, repeatrar, bryggor, multiplexorer och PBX).

Installation av lasersystem

Ett viktigt steg i att skapa ett system är dess installation. Själva inkopplingen tar en försumbar tid jämfört med installation och konfiguration av laserutrustning, vilket tar flera timmar om det utförs av välutbildade och utrustade specialister. Samtidigt kommer kvaliteten på driften av själva systemet att bero på kvaliteten på dessa operationer. Innan vi presenterar typiska inkluderingsalternativ vill vi därför fästa lite uppmärksamhet vid dessa frågor.

När de placeras utomhus kan transceivrar installeras på tak- eller väggytor. Lasern är monterad på ett speciellt styvt stöd, vanligtvis metall, som är fäst på byggnadens vägg. Stödet ger också möjligheten att justera strålens lutningsvinkel och azimut.

I detta fall, för att underlätta installation och underhåll av systemet, görs dess anslutning genom distributionslådor (RB). Anslutningskablarna är vanligtvis fiberoptiska för dataöverföringskretsar och kopparkabel för kraft- och styrkretsar. Om utrustningen inte har ett optiskt datagränssnitt är det möjligt att använda en modell med ett elektriskt gränssnitt eller ett externt optiskt modem.

Transceiverns strömförsörjningsenhet (PSU) installeras alltid inomhus och kan monteras på en vägg eller i ett rack som används för LAN-utrustning eller strukturerade kabelsystem. En tillståndsmonitor kan också installeras i närheten, som tjänar till att fjärrövervaka funktionen hos transceivrar i familjerna OB2000 och OB4000. Dess användning möjliggör diagnostik av laserkanalen, indikering av signalens storlek, såväl som looping av signalen för att kontrollera den.

När du installerar lasersändtagare internt är det nödvändigt att komma ihåg att laserstrålningens kraft minskar när den passerar genom glas (minst 4% på varje glas). Ett annat problem är vattendroppar som rinner ner på utsidan av glaset när det regnar. De fungerar som linser och kan orsaka strålspridning. För att minska denna effekt rekommenderas det att installera utrustningen nära toppen av glaset.

För att säkerställa högkvalitativ kommunikation är det nödvändigt att ta hänsyn till några grundläggande krav.

Den viktigaste av dem, utan vilken kommunikation kommer att vara omöjlig, är att byggnader måste vara inom synhåll, och det bör inte finnas några ogenomskinliga hinder i vägen för strålens utbredning. Dessutom, eftersom laserstrålen i mottagarområdet har en diameter på 2 m, är det nödvändigt att transceivrarna är placerade ovanför fotgängare och trafik på en höjd av minst 5 m. Detta för att säkerställa säkerhetsföreskrifter. Transporter är också en källa till gaser och damm, vilket påverkar överföringens tillförlitlighet och kvalitet. Balken får inte projiceras i nära anslutning till eller korsa kraftledningar. Det är nödvändigt att ta hänsyn till den möjliga tillväxten av träd, rörelsen av deras kronor under vindbyar, såväl som påverkan av nederbörd och eventuella störningar på grund av flygande fåglar.

Det korrekta valet av transceiver garanterar en stabil drift av kanalen i hela utbudet av klimatförhållanden i Ryssland. Till exempel minskar en större stråldiameter sannolikheten för nederbördsrelaterade fel.

Laserutrustning är inte en källa till elektromagnetisk strålning (EMR). Men om den placeras nära enheter med EMR kommer den elektroniska utrustningen i lasern att ta upp denna strålning, vilket kan orsaka en förändring av signalen i både mottagaren och sändaren. Detta kommer att påverka kvaliteten på kommunikationen, så det rekommenderas inte att placera laserutrustning nära EMR-källor som kraftfulla radiostationer, antenner etc.

När du installerar en laser är det tillrådligt att undvika orienterade lasersändtagare i öst-västlig riktning, eftersom solens strålar flera dagar om året kan blockera laserstrålningen i flera minuter och överföringen blir omöjlig, även med speciella optiska filter i mottagare. Genom att veta hur solen rör sig över himlen i ett specifikt område kan du enkelt lösa detta problem.

Vibrationer kan göra att lasersändtagaren förskjuts. För att undvika detta rekommenderas det inte att installera lasersystem nära motorer, kompressorer etc.

Figur 1. Placering och anslutning av lasersändtagare.

Flera typiska inkluderingsmetoder

Laserkommunikation hjälper till att lösa problemet med kortdistanskommunikation i punkt-till-punkt-anslutningar. Som exempel, låt oss titta på flera typiska alternativ eller metoder för inkludering. Så du har ett centralkontor (CO) och en filial (F), som var och en har ett datornätverk.

Figur 2 visar en variant av att organisera en kommunikationskanal för det fall där det är nödvändigt att kombinera F och DSO, med Ethernet som nätverksprotokoll, och koaxialkabel (tjock eller tunn) som fysiskt medium. I CO finns en LAN-server, och i F finns det datorer som måste anslutas till denna server. Med lasersystem som modellerna LOO-28/LOO-28S eller OB2000E kan du enkelt lösa detta problem. Bryggan är installerad i mitten och repeatern i F. Om bryggan eller repeatern har ett optiskt gränssnitt krävs inte ett optiskt minimodem. Lasertransceivrar är anslutna via dubbel fiberoptik. LOO-28S-modellen låter dig kommunicera på ett avstånd av upp till 213 m, och LOO-28 - upp till 1000 m med en "säker" mottagningsvinkel på 3 mrad. OB2000E-modellen täcker ett avstånd på upp till 1200 m med en "säker" mottagningsvinkel på 5 mrad. Alla dessa modeller fungerar i full duplex-läge och ger en överföringshastighet på 10 Mbit/s.

Figur 2. Ansluta ett fjärranslutet Ethernet LAN-segment med koaxialkabel.

Ett liknande alternativ för att kombinera två Ethernet-nätverk med tvinnad parkabel (10BaseT) som ett fysiskt medium visas i figur 3. Skillnaden är att istället för en brygga och en repeater används koncentratorer (hubbar) som har det erforderliga antalet 10BaseT kontakter och ett AUI-gränssnitt eller FOIRL för anslutning av lasersändtagare. I det här fallet är det nödvändigt att installera en LOO-38 eller LOO-38S lasersändtagare, som ger den erforderliga överföringshastigheten i fullt duplexläge. LOO-38-modellen kan stödja kommunikationsavstånd upp till 1000 m, och LOO-38S-modellen upp till 213 m.

Figur 3. Ansluta ett fjärranslutet Ethernet LAN-segment baserat på tvinnat par.

Figur 4 visar en variant av kombinerad dataöverföring mellan två LAN (Ethernet) och en grupp digital ström El (PCM30) mellan två PBX:er (i CO och F). För att lösa detta problem är OB2846-modellen lämplig, som ger data- och röstöverföring med en hastighet av 12 (10+2) Mbit/s över ett avstånd på upp till 1200 m. LAN är anslutet till transceivern med hjälp av dubbel optisk fiber genom en vanlig SMA-kontakt, och telefontrafik överförs via 75 Ohm koaxialkabel via BNC-kontakt. Det bör noteras att multiplexering av data och talströmmar inte kräver ytterligare utrustning och utförs av transceivrar utan att reducera genomströmningen av var och en av dem separat.

Figur 4. Integration av dator- och telefonnät.

Ett alternativ för höghastighetsdataöverföring mellan två LAN (LAN "A" i mitten och LAN "B" i F) med hjälp av ATM-switchar och lasersändtagare presenteras i figur 5. OB4000-modellen kommer att lösa problemet med hög - snabba kortdistanskommunikation på ett optimalt sätt. Du kommer att ha möjlighet att sända E3-, OC1-, SONET1- och ATM52-strömmar med de hastigheter som krävs över ett avstånd på upp till 1200 m, och 100 Base-VG eller VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX eller Fast Ethernet (802.3) , FDDI, TAXI 100/ 140, OC3, SONET3 och ATM155 med erforderliga hastigheter - över ett avstånd på upp till 1000 m. Den överförda data levereras till lasersändtagaren med hjälp av en standard dubbel optisk fiber ansluten via en SMA-kontakt.

Figur 5. Konsolidering av höghastighetsnät för telekommunikation.

Exemplen som ges uttömmer inte alla möjliga tillämpningar av laserutrustning.

Vilket är mer lönsamt?

Låt oss försöka bestämma platsen för laserkommunikation bland andra trådbundna och trådlösa lösningar, och kortfattat bedöma deras fördelar och nackdelar (tabell 3).

Tabell 3.

Fördelarna med en laserkanal framför en radiokanal är att den för det första inte skapar radiostörningar; för det andra är det mer konfidentiellt; för det tredje kan den användas under förhållanden med exponering för höga nivåer av elektromagnetisk strålning.

Det schematiska diagrammet för sändaren visas i fig. 1. Sändaren består av en kommandokodare gjord på en ATtiny2313-mikrokontroller (DD1), ett utgångsblock på BC847V-transistorer (VT1, VT2) och ett RS-232-gränssnitt, som i sin tur består av en DB9-F-kontakt (för kabel) (XP1) och nivåomvandlare - på MAX3232 (DD3).

Mikrokontrollerns återställningskrets består av elementen DD2 (CD4011B), R2, C7. Utgångsenheten är en elektronisk omkopplare gjord på transistor VT1, i vars kollektorkrets en laserpekare är ansluten genom en strömbegränsare på transistor VT2. Sändaren drivs av en konstant stabiliserad spänning på 9 - 12 V. Mikrokretsarna DD1, DD2, DD3 drivs av en spänning på 5V, vilket bestäms av 78L05 stabilisatorn (DA1).

DD1-styrenheten är programmerad i BASCOM-miljön, vilket gör att den kan skicka kommandon från en persondator (PC) via RS-232-gränssnittet, från Bascom-terminalen med hjälp av "eko"-funktionen.

Mikrokontrollern har en klockfrekvens på 4 MHz från en intern oscillator. Pulspaket med en frekvens på cirka 1,3 KHz från utgången OS0A (PB2) matas till utgångsblocket. Antalet pulser i ett paket bestäms av numret på kommandot som tas emot från PC:n.
För att ange ett kommando måste du trycka på valfri tangent på PC-tangentbordet, och sedan när orden "Skriv kommando" och "Ange nr. 1...8" visas anger du ett nummer från 1 till 8 och trycker på "Enter" nyckel.

Programmet för sändarens mikrokontroller "TXlaser" består av en huvudslinga (DO...LOOP) och två subrutiner för avbrottsbearbetning: för mottagning (Urxc) och för timer 0 overflow (Timer0).

För att få en utfrekvens på 1,3 KHz konfigureras timern med en frekvensdelningsfaktor (Prescale) = 1024. Dessutom startar räkningen från det lägre värdet Z = 253 (på en hög nivå på PB2) och når 255. En timer bräddavbrott inträffar när bearbetningen av vilken växlar utgången från PB2, och timern åter ställs in på värdet Z = 253. Således visas en signal med en frekvens på 1,3 KHz vid utgången av PB2 (se fig. 2). I samma subrutin jämförs antalet pulser på PB2 med den specificerade, och om de är lika stannar timern.

I subrutinen mottagningsavbrottsbearbetning ställs antalet pulser som behöver sändas in (1 – 8). Om detta nummer är större än 8 visas meddelandet "ERROR" i terminalen.

Medan subrutinen körs är det en låg nivå vid stift PD6 (LED HL1 är avstängd) och timern stoppas.
I huvudslingan är stift PD6 högt och HL1-lampan är påslagen.
Text till programmet "TXlaser":

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

Config Pind.0 = Mata in "UART - RxD
Config Portd.1 = Utdata "UART - TxD
Config Portd.6 = Utgång "LED HL1
Config Portb.2 = Output "utgång OC0A

"timerkonfiguration 0-divisionsfaktor=1024:
Config Timer0 = Timer, Prescale = 1024
Stop Timer0 "stoppa timern

Dim N As Byte "variabel definition"
Dim N0 som byte

Konst Z = 253" nedre gräns för timerräkningen för utfrekvens = 1,3 KHz
Timer0 = Z

På Urxc Rxd "ta emot avbrottsbearbetningsunderrutin
On Timer0 Puls "overflow interrupt rutin"

Aktivera Urxc
Aktivera Timer0

Gör "huvudslinga
Ställ in Portd.6 "slå på LED HL1
Slinga

Rxd: "receive interrupt processing subrutin
Stoppa timer0
M1:
Skriv ut "Skriv kommatecken"
Mata in "Ange nr. 1...8:", N0 "kommandeingång
Om N0 > 8 Begränsa sedan antalet kommandon
Skriv ut "Fel"
Gå till M1
Avsluta om
N0 = N0 * 2
N0 = N0 - 1 "inställt värde för antalet pulser i ett paket
Växla portb.2
Starta timer0 "starta timern
Återvända

Puls: "overflow interrupt processing rutin"
Stoppa timer0
Växla portb.2
Återställ Portd.6 "stäng av lysdioden
Timer0 = Z
N = N + 1 "ökning i antalet pulser
Om N = N0 Då "om antalet pulser = specificerat
N=0
N0 = 0
Waitms 500" fördröjning 0,5s
Annan
Starta Timer0" annars fortsätter du att räkna
Avsluta om
Återvända
Avsluta "avsluta programmet

Sändaren är gjord på ett kretskort som mäter 46x62 mm (se fig. 3). Alla element, förutom mikrokontrollern, är av SMD-typ. ATtiny2313 mikrokontroller används i ett DIP-paket. Det rekommenderas att placera den i panelen för DIP-chip TRS (SCS) - 20 för att "smärtfritt" kunna programmera om den.

Transmitterkretskortet TXD.PCB finns i mappen "FILE PCAD".
Det schematiska diagrammet för laserkanalmottagaren visas i fig. 4. Vid ingången till den första förstärkaren DA3.1 (LM358N) dämpar ett lågpassfilter bildat av elementen CE3, R8, R9 och som har en gränsfrekvens på 1 KHz bakgrundsljud på 50 -100 KHz från belysningsarmaturer. Förstärkarna DA3.2 och DA4.2 förstärker och ökar varaktigheten av mottagna pulser av den användbara signalen. Komparatorn på DA4.1 genererar en utsignal (ett), som tillförs genom växelriktarna på CD4011D (DD2)-chippet - DD2.1, DD2. Signalen kommer synkront till kontakterna på mikrokontrollern ATtiny2313 (DD1) – T0 (PB4) och PB3. Sålunda startas Timer O, som arbetar i läget för att räkna externa pulser, och Timer1, som mäter tiden för denna räkning, synkront. Styrenheten DD1, som utför funktionen av en avkodare, visar mottagna kommandon 1...8 genom att sätta log.1 på PORTB-stiften, respektive PB0...PB7, medan ankomsten av ett efterföljande kommando återställer det föregående. När kommando "8" kommer till PB7 visas log.1, som med hjälp av en elektronisk omkopplare på transistor VT1 slår på relä K1.

Mottagaren drivs med en konstant spänning på 9 -12V. De analoga och digitala delarna drivs av 5V-spänningar, vilka bestäms av stabilisatorer av typ 78L05 DA5 och DA2.

I RXlaser-programmet är Timer0 konfigurerad som en räknare för externa pulser och Timer1 som en timer som räknar passageperioden för maximalt möjliga antal pulser (kommando 8).

I huvudcykeln (DO...LOOP) slås Timer1 på när den första kommandopulsen tas emot (K=0), villkoret för att möjliggöra inkluderingen av timer Z=1 återställs.
I subrutinen för avbrottsbearbetning, när Timer1-räkningen sammanfaller med värdet för det maximalt möjliga antalet, läses kommandonumret och sätts i PORTB. Villkoret för att möjliggöra inkludering av Timer1 är också satt - Z=0.
Text till RXlaser-programmet:

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

Ddrb = 255 "PORTB - alla utgångar
Portb = 0
Ddrd = 0 "PORTD-ingång
Portd = 255" pull-up PORTD
Config Timer0 = Räknare , Prescale = 1 , Edge = Falling "som pulsräknare
Config Timer1 = Timer, Prescale = 1024, Clear Timer = 1" som timer
Stoppa timer1
Timer1 = 0
Räknare 0 = 0

"variabel definition:
Dim X som byte
Dim komm. som byte
Dim Z As Bit
Dim K As Bit

X = 80
Jämför1a = X "antal pulser i matchregistret
Z=0

På Compare1a Pulse "avbryta rutinen av en slump

Aktivera avbrott
Aktivera Compare1a

Gör "huvudslinga
Om Z = 0 Då "första villkoret för att slå på timern
K = Portd.3
Om K = 0 Då "andra villkoret för att slå på timern
Starta timer1
Z=1
Avsluta om
Avsluta om
Slinga

Puls: "subrutinavbrottsbearbetning av en slump
Stoppa timer1
Comm = Counter0 "avläsning från den externa pulsräknaren
Comm = Comm - 1 "definition av bitnumret i porten
Portb = 0 "portnollning
Ställ in Portb.comm "ställ in biten som motsvarar kommandonumret
Z=0
Räknare 0 = 0
Timer1 = 0
Återvända
Avsluta "avsluta programmet

Programmen "TXlaser" och "RXlaser" finns i mappen Lazer_prog.

Mottagaren är placerad på en bräda som mäter 46x62 mm (se fig. 5). Alla komponenter är av SMD-typ, med undantag för mikrokontrollern, som måste placeras i en panel för DIP-typ TRS(SCS) - 20 chips.

Att ställa in mottagaren handlar om att ställa in änd-till-ände-överföringskoefficienten och svarströskeln för komparatorn. För att lösa det första problemet måste du ansluta ett oscilloskop till stift 7 på DA4.2 och genom att välja värdet på R18, ställ in en sådan änd-till-ände överföringskoefficient vid vilken den maximala amplituden av brusemissioner som observeras på skärmen kommer att inte överstiga 100 mV. Sedan växlar oscilloskopet till stift 1 på DA4.1 och val av ett motstånd (R21) ställer in nollnivån på komparatorn. Genom att slå på sändaren och rikta laserstrålen till fotodioden måste du se till att rektangulära pulser visas vid utgången av komparatorn.
Mottagarens kretskort RXD.PCB finns också i mappen FILE PCAD.

Det är möjligt att öka laserkanalens brusimmunitet genom att modulera signalen med en underbärvågsfrekvens på 30 – 36 KHz. Modulering av pulståg sker i sändaren, medan mottagaren innehåller ett bandpassfilter och en amplituddetektor.

Diagrammet för en sådan sändare (sändare 2) visas i fig. 6. Till skillnad från sändaren 1 som diskuterats ovan har sändaren 2 en underbärvågsgenerator avstämd till en frekvens av 30 KHz och monterad på luckorna DD2.1, DD2.4. Generatorn tillhandahåller modulering av skurar av positiva pulser.

Laserkanalmottagaren med en underbärvågsfrekvens (mottagare 2) är monterad på den inhemska K1056UP1 (DA1) mikrokretsen. Mottagarkretsen visas i fig. 7. För att isolera kommandopulser ansluts en amplituddetektor med ett lågpassfilter och en pulsnormaliserare, monterade på logikelementen DD3.1, DD3.2, en diodenhet DA3 och C9, R24, till utgången på mikrokretsen DA1 10 . Annars sammanfaller kretsen för mottagare 2 med kretsen för mottagare 1.

Den här veckan släppte NASA resultat från Space Laser Communications Demonstrator (LLCD) på Lunar Atmospheric and Dust Environment Explorer (eller LADEE), som lanserades i september i år och för närvarande kretsar runt vår naturliga satellit. Enligt rymdorganisationen har LLCD-systemet visat mycket hög effektivitet för dataöverföring över ett avstånd på cirka 400 tusen kilometer och kan redan fungera inte sämre, och kanske till och med bättre, än konventionella radiosändare.

För de som inte vet är LLCD:s uppdrag att demonstrera den praktiska användningen av lasrar för att skicka meddelanden mellan objekt mycket långt ifrån varandra och med mycket högre hastigheter än vanliga radiosändare kan erbjuda. För att demonstrera förmågan att överföra data till jorden med 622 Mb/s och ta emot med 20 Mb/s, satte LLCD rekord för dataöverföringshastigheter från månens omloppsbana den 20 oktober. Data som överfördes av laserstrålen togs emot av LLCD:s huvudstation i New Mexico. Det finns tre liknande stationer i världen. De återstående två finns i Spanien och USA.

Det viktigaste fördelarna med laseröver radiosändare är att de erbjuder mycket högre genomströmning och dessutom möjligheten att överföra information med kortsiktiga laserstrålar, vilket i framtiden kommer att minska den totala kostnaden för strömförbrukning vid sändning av information över mycket långa avstånd.

NASA noterar att LLCD-systemet presterade ännu bättre än förväntat under den 30-dagars testperioden. Lasern överförde meddelanden till markstationer utan problem i dagsljus och även när Månens avvikelsevinkel i förhållande till solen var fyra grader. Systemet fungerade också utan några fel när månen var mycket lågt mot horisonten, vilket tvingade lasern att passera genom tätare skikt av atmosfären och med viss exponering för effekterna av turbulens. Astronomer blev också förvånade när de fick veta att lätta cirrusmoln inte var ett problem för lasern.

Förutom att testa för fel, visade LLCD förmågan att växla från en markstation till en annan, vilket demonstrerade förmågan att låsa på en specifik station utan behov av en radiosignal.

"Vi programmerade LADEE att automatiskt aktivera och dirigera LLCD-systemet till önskad plats för att sända en lasersignal till jorden, utan att någon radiosignal behöver skickas till sonden med ett kommando", säger Don Cornwell, LLCD-projektledare. från Goddard Space Flight Center.
"Framgången med detta uppdrag gör att vi kan vara optimistiska om möjligheten att använda liknande system som primära kommunikationssystem för framtida NASA-uppdrag."
NASA noterar inte bara framgången med signalöverföring, utan också den höga hastigheten för informationsöverföring från sonden till jorden. All data som samlades in under denna tid (och detta är för ett ögonblick gigabyte information) överfördes till jorden på mindre än fem minuter. Vanligtvis tar det flera dagar att överföra data för denna volym.

Byrån säger att LLCD-uppdraget har slutförts och nästa testfas kommer att vara systemverifiering av LRCD-satelliten (Laser Communications Relay Demonstration), planerad att lanseras 2017. I grunden kommer systemet att vara en förbättrad version av LLCD, som kan överföra data med hastigheter på upp till 2880 Gb/s från geostationär omloppsbana och kommer att ingå i ett femårigt program för att testa nästa generations kommunikationssystem.

Idag är det omöjligt att föreställa sig vårt liv utan datorer och nätverk baserade på dem. Mänskligheten står på tröskeln till en ny värld där ett enda informationsutrymme kommer att skapas. I denna värld kommer kommunikation inte längre att hämmas av fysiska gränser, tid eller avstånd.

Nuförtiden finns det ett stort antal nätverk över hela världen som utför olika funktioner och löser många olika problem. Förr eller senare kommer det alltid en tid då nätverkskapaciteten är slut och nya kommunikationslinjer behöver läggas. Detta är relativt enkelt att göra inne i en byggnad, men svårigheter börjar när man kopplar ihop två intilliggande byggnader. Särskilda tillstånd, godkännanden, licenser för att utföra arbete krävs, liksom uppfyllandet av ett antal komplexa tekniska krav och tillfredsställelse av betydande ekonomiska förfrågningar från organisationer som hanterar mark eller avlopp. Som regel blir det omedelbart klart att den kortaste vägen mellan två byggnader inte är en rak linje. Och det är inte alls nödvändigt att längden på denna väg kommer att vara jämförbar med avståndet mellan dessa byggnader.

Naturligtvis känner alla till en trådlös lösning baserad på olika radioutrustning (radiomodem, småkanaliga radiorelälinjer, digitala mikrovågssändare). Men antalet svårigheter minskar inte. Etervågorna är övermättade och att få tillstånd att använda radioutrustning är mycket svårt, och ibland till och med omöjligt. Och genomströmningen av denna utrustning beror avsevärt på dess kostnad.

Vi föreslår att använda en ny, ekonomisk typ av trådlös kommunikation som har dykt upp ganska nyligen - laserkommunikation. Denna teknik fick den största utvecklingen i USA, där den utvecklades. Laserkommunikation ger en kostnadseffektiv lösning på problemet med tillförlitlig, höghastighetskommunikation på kort räckvidd (1,2 km) som kan uppstå vid sammankoppling av telekommunikationssystem från olika byggnader. Dess användning kommer att möjliggöra integration av lokala nät med globala, integration av lokala nät på avstånd från varandra och även för att möta behoven hos digital telefoni. Laserkommunikation stöder alla gränssnitt som behövs för dessa ändamål - från RS-232 till ATM.

Hur fungerar kommunikationen?

Laserkommunikation möjliggör punkt-till-punkt-anslutningar med informationsöverföringshastigheter på upp till 155 Mbit/s. I dator- och telefonnätverk säkerställer laserkommunikation utbyte av information i full duplex-läge. För applikationer som inte kräver höga överföringshastigheter (till exempel video- och styrsignaler i process- och slutna TV-system) finns en speciell, kostnadseffektiv halvduplexlösning tillgänglig. När det är nödvändigt att kombinera inte bara datorer utan även telefonnät, kan modeller av laserenheter med en inbyggd multiplexer användas för att samtidigt överföra LAN-trafik och digitala grupptelefoniströmmar (E1/ICM30).

Laserenheter kan överföra alla nätverksströmmar som levereras till dem med hjälp av optisk fiber eller kopparkabel i riktning framåt och bakåt. Sändaren omvandlar elektriska signaler till modulerad laserstrålning i det infraröda området med en våglängd på 820 nm och en effekt på upp till 40 mW. Laserkommunikation använder atmosfären som ett fortplantningsmedium. Laserstrålen träffar då en mottagare som har maximal känslighet inom strålningens våglängdsområde. Mottagaren omvandlar laserstrålning till signaler från det elektriska eller optiska gränssnittet som används. Så går kommunikationen till med lasersystem.

Familjer, modeller och deras egenskaper

I det här avsnittet vill vi presentera dig för de tre familjerna av de mest populära lasersystemen i USA - LOO, OmniBeam 2000 och OmniBeam 4000 (tabell 1). LOO-familjen är grundläggande och tillåter data- och röstkommunikation upp till 1000 m. OmniBeam 2000-familjen har liknande möjligheter, men fungerar över en längre sträcka (upp till 1200 m) och kan överföra videobilder och en kombination av data och röst. OmniBeam 4000-familjen kan ge höghastighetsdataöverföring: från 34 till 52 Mbit/s över avstånd upp till 1200 m och från 100 till 155 Mbit/s upp till 1000 m Det finns andra familjer av lasersystem på marknaden de täcker antingen kortare avstånd eller stöder färre protokoll.

Tabell 1.

Varje familj inkluderar en uppsättning modeller som stöder olika kommunikationsprotokoll (tabell 2). LOO-familjen inkluderar ekonomiska modeller som ger överföringsavstånd på upp till 200 m (bokstaven "S" i slutet av namnet).

Tabell 2.

En otvivelaktig fördel med laserkommunikationsenheter är deras kompatibilitet med de flesta telekommunikationsutrustningar för olika ändamål (hubbar, routrar, repeatrar, bryggor, multiplexorer och PBX).

Installation av lasersystem

Ett viktigt steg i att skapa ett system är dess installation. Själva inkopplingen tar en försumbar tid jämfört med installation och konfiguration av laserutrustning, vilket tar flera timmar om det utförs av välutbildade och utrustade specialister. Samtidigt kommer kvaliteten på driften av själva systemet att bero på kvaliteten på dessa operationer. Innan vi presenterar typiska inkluderingsalternativ vill vi därför fästa lite uppmärksamhet vid dessa frågor.

När de placeras utomhus kan transceivrar installeras på tak- eller väggytor. Lasern är monterad på ett speciellt styvt stöd, vanligtvis metall, som är fäst på byggnadens vägg. Stödet ger också möjligheten att justera strålens lutningsvinkel och azimut.

I detta fall, för att underlätta installation och underhåll av systemet, görs dess anslutning genom distributionslådor (RB). Anslutningskablarna är vanligtvis fiberoptiska för dataöverföringskretsar och kopparkabel för kraft- och styrkretsar. Om utrustningen inte har ett optiskt datagränssnitt är det möjligt att använda en modell med ett elektriskt gränssnitt eller ett externt optiskt modem.

Transceiverns strömförsörjningsenhet (PSU) installeras alltid inomhus och kan monteras på en vägg eller i ett rack som används för LAN-utrustning eller strukturerade kabelsystem. En tillståndsmonitor kan också installeras i närheten, som tjänar till att fjärrövervaka funktionen hos transceivrar i familjerna OB2000 och OB4000. Dess användning möjliggör diagnostik av laserkanalen, indikering av signalens storlek, såväl som looping av signalen för att kontrollera den.

När du installerar lasersändtagare internt är det nödvändigt att komma ihåg att laserstrålningens kraft minskar när den passerar genom glas (minst 4% på varje glas). Ett annat problem är vattendroppar som rinner ner på utsidan av glaset när det regnar. De fungerar som linser och kan orsaka strålspridning. För att minska denna effekt rekommenderas det att installera utrustningen nära toppen av glaset.

För att säkerställa högkvalitativ kommunikation är det nödvändigt att ta hänsyn till några grundläggande krav.

Den viktigaste av dem, utan vilken kommunikation kommer att vara omöjlig, är att byggnader måste vara inom synhåll, och det bör inte finnas några ogenomskinliga hinder i vägen för strålens utbredning. Dessutom, eftersom laserstrålen i mottagarområdet har en diameter på 2 m, är det nödvändigt att transceivrarna är placerade ovanför fotgängare och trafik på en höjd av minst 5 m. Detta för att säkerställa säkerhetsföreskrifter. Transporter är också en källa till gaser och damm, vilket påverkar överföringens tillförlitlighet och kvalitet. Balken får inte projiceras i nära anslutning till eller korsa kraftledningar. Det är nödvändigt att ta hänsyn till den möjliga tillväxten av träd, rörelsen av deras kronor under vindbyar, såväl som påverkan av nederbörd och eventuella störningar på grund av flygande fåglar.

Det korrekta valet av transceiver garanterar en stabil drift av kanalen i hela utbudet av klimatförhållanden i Ryssland. Till exempel minskar en större stråldiameter sannolikheten för nederbördsrelaterade fel.

Laserutrustning är inte en källa till elektromagnetisk strålning (EMR). Men om den placeras nära enheter med EMR kommer den elektroniska utrustningen i lasern att ta upp denna strålning, vilket kan orsaka en förändring av signalen i både mottagaren och sändaren. Detta kommer att påverka kvaliteten på kommunikationen, så det rekommenderas inte att placera laserutrustning nära EMR-källor som kraftfulla radiostationer, antenner etc.

När du installerar en laser är det tillrådligt att undvika orienterade lasersändtagare i öst-västlig riktning, eftersom solens strålar flera dagar om året kan blockera laserstrålningen i flera minuter och överföringen blir omöjlig, även med speciella optiska filter i mottagare. Genom att veta hur solen rör sig över himlen i ett specifikt område kan du enkelt lösa detta problem.

Vibrationer kan göra att lasersändtagaren förskjuts. För att undvika detta rekommenderas det inte att installera lasersystem nära motorer, kompressorer etc.

Bild 1.
Placering och anslutning av lasersändare.

Flera typiska inkluderingsmetoder

Laserkommunikation hjälper till att lösa problemet med kortdistanskommunikation i punkt-till-punkt-anslutningar. Som exempel, låt oss titta på flera typiska alternativ eller metoder för inkludering. Så du har ett centralkontor (CO) och en filial (F), som var och en har ett datornätverk.

Figur 2 visar en variant av att organisera en kommunikationskanal för det fall där det är nödvändigt att kombinera F och DSO, med Ethernet som nätverksprotokoll, och koaxialkabel (tjock eller tunn) som fysiskt medium. I CO finns en LAN-server, och i F finns det datorer som måste anslutas till denna server. Med lasersystem som modellerna LOO-28/LOO-28S eller OB2000E kan du enkelt lösa detta problem. Bryggan är installerad i mitten och repeatern i F. Om bryggan eller repeatern har ett optiskt gränssnitt krävs inte ett optiskt minimodem. Lasertransceivrar är anslutna via dubbel fiberoptik. LOO-28S-modellen låter dig kommunicera på ett avstånd av upp till 213 m, och LOO-28 - upp till 1000 m med en "säker" mottagningsvinkel på 3 mrad. OB2000E-modellen täcker ett avstånd på upp till 1200 m med en "säker" mottagningsvinkel på 5 mrad. Alla dessa modeller fungerar i full duplex-läge och ger en överföringshastighet på 10 Mbit/s.

Figur 2.
Ansluta ett fjärranslutet Ethernet LAN-segment med en koaxialkabel.

Ett liknande alternativ för att kombinera två Ethernet-nätverk med tvinnad parkabel (10BaseT) som ett fysiskt medium visas i figur 3. Skillnaden är att istället för en brygga och en repeater används koncentratorer (hubbar) som har det erforderliga antalet 10BaseT kontakter och ett AUI-gränssnitt eller FOIRL för anslutning av lasersändtagare. I det här fallet är det nödvändigt att installera en LOO-38 eller LOO-38S lasersändtagare, som ger den erforderliga överföringshastigheten i fullt duplexläge. LOO-38-modellen kan stödja kommunikationsavstånd upp till 1000 m, och LOO-38S-modellen upp till 213 m.

Figur 3.
Ansluta ett fjärranslutet Ethernet LAN-segment baserat på tvinnat par.

Figur 4 visar en variant av kombinerad dataöverföring mellan två LAN (Ethernet) och en grupp digital ström El (PCM30) mellan två PBX:er (i CO och F). För att lösa detta problem är OB2846-modellen lämplig, som ger data- och röstöverföring med en hastighet av 12 (10+2) Mbit/s över ett avstånd på upp till 1200 m. LAN är anslutet till transceivern med hjälp av dubbel optisk fiber genom en vanlig SMA-kontakt, och telefontrafik överförs via 75 Ohm koaxialkabel via BNC-kontakt. Det bör noteras att multiplexering av data och talströmmar inte kräver ytterligare utrustning och utförs av transceivrar utan att reducera genomströmningen av var och en av dem separat.

Figur 4.
Integration av dator- och telefonnät.

Ett alternativ för höghastighetsdataöverföring mellan två LAN (LAN "A" i mitten och LAN "B" i F) med hjälp av ATM-switchar och lasersändtagare presenteras i figur 5. OB4000-modellen kommer att lösa problemet med hög - snabba kortdistanskommunikation på ett optimalt sätt. Du kommer att ha möjlighet att sända E3-, OC1-, SONET1- och ATM52-strömmar med de hastigheter som krävs över ett avstånd på upp till 1200 m, och 100 Base-VG eller VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX eller Fast Ethernet (802.3) , FDDI, TAXI 100/ 140, OC3, SONET3 och ATM155 med erforderliga hastigheter - över ett avstånd på upp till 1000 m. Den överförda data levereras till lasersändtagaren med hjälp av en standard dubbel optisk fiber ansluten via en SMA-kontakt.

Bild 5.
Konsolidering av höghastighetsnät för telekommunikation.

Exemplen som ges uttömmer inte alla möjliga tillämpningar av laserutrustning.

Vilket är mer lönsamt?

Låt oss försöka bestämma platsen för laserkommunikation bland andra trådbundna och trådlösa lösningar, och kortfattat bedöma deras fördelar och nackdelar (tabell 3).

Tabell 3.

Låt oss börja med den välkända vanliga kopparkabeln. Några av dess egenskaper gör det möjligt att nästan exakt beräkna parametrarna för den skapade kommunikationskanalen. För en sådan kanal spelar det ingen roll vad överföringsriktningen är och om föremål är i sikte, det finns inget behov av att tänka på nederbörds inverkan och många andra faktorer. Kvaliteten och överföringshastigheten som tillhandahålls av denna kabel lämnar dock mycket övrigt att önska. Bitfelsfrekvensen (BER) är i storleksordningen 1E-7 eller högre, vilket är betydligt högre än för fiberoptik eller trådlös kommunikation. Kopparkablar är en låghastighetskommunikationslänk, så innan du installerar nya kablar, fundera på om de är värda att använda. Om du redan har en kabel, bör du tänka på hur du kan öka dess kapacitet med hjälp av HDSL-teknik. Det bör dock beaktas att det kanske inte ger den erforderliga kommunikationskvaliteten på grund av kabelledningarnas otillfredsställande skick.

Fiberoptiska kablar har betydande fördelar jämfört med kopparkablar. Hög genomströmning och överföringskvalitet (BER)

Nuförtiden används radiokommunikation flitigt, särskilt radiorelälinjer och radiomodem. De har också sina egna fördelar och nackdelar. Befintlig radioteknik kommer att ge dig högre kvalitet (BER) när du skapar en dataöverföringskanal

Laserkommunikation - snabbt och effektivt, tillförlitligt och effektivt löser problemet med kortdistanskommunikation mellan två byggnader belägna på ett avstånd av upp till 1200 m och i direkt sikt. Utan dessa villkor är uppfyllda är laserkommunikation omöjlig. Dess otvivelaktiga fördelar är:

• "transparens" för de flesta nätverksprotokoll (Ethernet, Token Ring, Sonet/OC, ATM, FDDI, etc.);
• hög dataöverföringshastighet (upp till 155 Mbit/s idag, upp till 1 Gbit/s för utrustning som tillkännagivits av tillverkare);
• hög kommunikationskvalitet med BER=1E-10...1E-9;
• anslutning av nätverkstrafik till lasersändtagaren med hjälp av kabel- och/eller fiberoptiska gränssnittsanordningar;
• inget behov av att få tillstånd att använda;
• relativt låg kostnad för laserutrustning jämfört med radiosystem.

Lasertransceivrar, på grund av den låga effekten av deras strålning, utgör ingen hälsorisk. Det bör noteras att även om strålen är säker ser fåglarna den och försöker undvika den, vilket avsevärt minskar sannolikheten för misslyckanden. Om den överförda informationen levereras till och från lasersändtagaren via en vanlig multimode fiberoptisk kabel, garanteras dataöverföring utan radiovågor och elektromagnetisk strålning. Detta säkerställer inte bara att det inte blir någon påverkan på utrustning som fungerar i närheten, utan omöjliggör också obehörig åtkomst till information (det kan bara erhållas genom att närma sig transceivern direkt).