Top.Mail.Ru
Последняя информация о COVID-19
Атмосферно-оптические линии связи
19 октября 2013 в 05:44

Атмосферно-оптические линии связи

Атмосферно-оптические линии связи

В конференции

https://professionali.ru/Soobschestva/it-specialisty/besprovodnaja-peredacha-dannyh-so-skorostju/ зашла речь об оптическом диапазоне для СПД.

Вот немного информации и не исчерпывающий обзор.

Атмосферно-оптические линии связи

=== Особенности и преимущества ===

1. Организационные.

Не использует радиодиапазон и не создает помех в радиочастотном спектре.

Комментарий: Вследствие этого данное оборудование не попадает под действие Закона, регламентирующего работу с радиосредствами, т.к. под радио оборудованием подразумеваются системы, работающие в диапазоне до 400 ГГц. Реальные частоты оптических систем в тысячи раз выше установленного предела. Установка оптических систем не приводит к нарушению работы радио систем и оборудования.

Не требует разрешений ГКРЧ и других регулирующих органов.

Комментарий: Это прямое следствие первого преимущества оптических систем. В городах, а особенно, в мегаполисах доступные частоты настолько сильно «заселены», что это очевидное преимущество играет доминирующую роль. Время, необходимое на подготовку и получение документов для эксплуатации радиосистем составляет около полугода, если вообще свободный диапазон есть в наличии.

Простота установки и подключения.

Комментарий: Оптическое оборудование требует минимальных мощностей для работы, подключается, чаще всего, непосредственно в порты стандартного сетевого или телекоммуникационного оборудования и не требует много места для размещения.

Малое время развертывания.

Комментарий: Это прямое следствие предыдущего преимущества. В некоторых случаях необходимо быстрое развертывание соединений. ИК системы здесь вне конкуренции, так как пара подготовленных специалистов может установить систему за 1–2 часа для больших дистанций (более 1 км), и за 15–20 минут – для коротких дистанций. При сравнении всегда надо учитывать подготовительный этап, который для микроволновых систем может растянуться на месяцы из-за необходимости в различных согласованиях и разрешениях.

Нет годовой арендной платы.

Комментарий: Работа оборудования не связана с регулярными платежами за пользование средой передачи, как это имеет место в случае радио систем.

Быстрый возврат инвестиций.

Комментарий: Быстрая установка оборудования позволяет оператору или пользователю получать доход от эксплуатации канала связи без задержек. В обычном случае, за время, затраченное на развертывание проводных коммуникаций или радио систем, пользователь или оператор имеет только затраты.
2. Технические.

Не чуствительна к радиопомехам.

Комментарий: Установка беспроводных оптических систем возможна даже в зонах с высокими помехами от радио оборудования или промышленного оборудования, где использование радио систем проблематично.

Полная пропускная способность канала.

Комментарий: Пропускная способность канала связи используется полностью, без издержек на организацию соединения и поддержания его в активном состоянии.

Прозрачный механизм передачи.

Комментарий: Прозрачность технологии передачи приводит к тому, что, на самом деле, ИК системы являются всего лишь конверторами среды передачи и логически эквивалентны… обычному оптическому кабелю, для которого нет особой разницы в протоколах передачи и т.п.

Близкая к нулю задержка в канале.

Комментарий: Отсутствие сложных преобразований сигнала приводит к тому, что задержка в канале передаче, вносимая оптической системой, становится ничтожной.

Отсутствует принципиальное ограничение на скорость передачи.

Комментарий: Это одно из ключевых технических преимуществ оптических систем связи, которое вызвало бурный рост интереса к технологии среди производителей и потенциальных заказчиков.

Устойчивость к температурным и климатическим изменениям.

Комментарий: В подтверждение этому можно сказать, что беспроводные оптические системы работают как в районах крайнего севера, так и в условиях тропической жары.

Высокая закрытость канала.

Комментарий: Ни одна беспроводная технология передачи не может предложить такую конфиденциальность связи. Перехватить сигнал можно только установив сканеры-приемники непосредственно в луч от передатчиков. Реальная сложность выполнения этого требования делает перехват практически невозможным. Наличие лазерных лучей нельзя определить с помощью различных сканеров.

=== Факторы влияющие на АОС ===

Внешние факторы.

Беспроводные оптические системы передачи поставляются для различных дальностей. Указываемая дальность, как правило, определяет максимально возможное расстояние для обеспечения непрерывного, стабильного соединения при летних погодных условиях, в средних широтах и умеренном количестве осадков. Очень важно знать, что при условиях, менее благоприятных, чем указанные выше, максимального расстояния достичь невозможно. На работоспособность атмосферного канала влияет целый ряд факторов. Все такие факторы должны быть детально проанализированы и приняты во внимание для того, чтобы правильно выбрать оборудование, которое будет установлено в определенном месте и должно будет обеспечить требуемую надежность канала связи на заданной дистанции. Итак, факторы, влияющие на работоспособность оптического канала, можно разделить на следующие категории: погодные условия, влияние атмосферы и высота над уровнем моря.

1. Погодные условия.

Особые погодные условия, такие, как дождь, снег, туман и т.д., могут значительно ухудшить видимость и таким образом снизить эффективный диапазон инфракрасной связи. Такие условия изменчивы, тем не менее, общие сезонные тенденции определяются климатической зоной, широтой и другими известными географическими параметрами местности, где планируется установка оборудования. Другие факторы, ухудшающие видимость – это песчаная пыль, городской смог и различные виды аэрозолей.

2. Влияние атмосферы.

Различные факторы, такие, как влажность, атмосферное давление и состав атмосферы (процентное содержание молекул кислорода, азота, углекислого газа и т.д.) влияют на работоспособность оптического канала не менее значительно, чем снег или туман. Например, молекулярный состав атмосферы имеет существенное значение, так как молекулы могут создать узкие линии или целые полосы поглощения в рабочем спектре излучения системы, поглощая от энергии луча до 80-90% и более. Таким образом, при определенных условиях атмосфера, оставаясь прозрачной в видимом спектре, и в то же самое время может оказаться непрозрачной в конкретном участке инфракрасного спектра.

Атмосфера городов, насыщенная различными примесями и богатая по газовому составу, заметно отличается по пропускным способностям от существенно более чистой атмосферы сельской местности. Также, заметно отличается состав атмосферы приморских зон от континентальных, субтропиков от арктических зон. Кроме того, состав атмосферы меняется в зависимости и от времени года. Учет всех этих факторов позволяет более полно реализовать возможности беспроводных оптических систем.

3. Высота над уровнем моря.

Особым случаем является установка инфракрасного оборудования на большой высоте над уровнем моря (т.е. на крыше высотного здания или на вершине горы). Если выбранное местоположение находится выше кромки облаков, то система будет работать надежно в ясную погоду и с перебоями – при наличии облачности.

Атмосферно-оптические линии связи

Рисунок 1.

Учет высоты установки приемо-передающих блоков АОСП
Учет высоты установки приемо-передающих блоков АОСП

Обозначения:
H1 – типичная высота нижней кромки облаков
H2 – высота установки над землей
H3 – локальная высота места над уровнем моря
H4 – средняя высота местности над уровнем моря

Для предотвращения данной ситуации мы предлагаем, чтобы до производства работ по установке были определены четыре основных параметра: средняя высота местности над уровнем моря, где будет происходить установка (H4), локальная высота места над уровнем моря, где планируется установка (H3), высота установки над землей (H2), и типичная высота кромки облаков (H1), характерная для данной климатической зоны (измеренная от уровня земли). Далее необходимо убедиться, что будет выполняться следующий критерий: H2 + H3 < H1 + H4. В случае отрицательного результата необходимо выбрать другое место для установки оборудования.

=== АТМОСФЕРНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СВЯЗЬ “ИНФОРМОСТ”– “Радиоэлектроника и Телекоммуникации–18” № 5(18), 2001 ===

Милинкис Б.М., кандидат технических наук, доцент Московского института радиотехники, электроники и автоматики (Технический университет)
Петров В.М., кандидат физико-математических наук, доцент

В предлагаемой вашему вниманию статье приведен обзор оптических открытых систем связи на базе атмосферных лазерных линий, рассмотрено влияние атмосферы как среды для передачи сигнала, а также описано выпускаемое оборудование для решения проблемы «последней мили» каналов связи.

ВВЕДЕНИЕ
Оптическая связь осуществляется путем передачи информации с помощью электромагнитных волн оптического диапазона. В качестве примера оптической связи можно привести применяемую в прошлом передачу сообщений с помощью костров или семафорной азбуки. В 60-е годы XX века были созданы лазеры и появилась возможность построения широкополосных систем оптической связи, передающих не только телефонные, но и телевизионные и компьютерные сигналы [1-4].
Оптические системы связи делятся на открытые, где сигнал передается в атмосфере или космосе, и закрытые, то есть использующие световоды. В настоящем обзоре рассматриваются только открытые атмосферные линии связи.
Оптическая атмосферная система связи между двумя пунктами состоит из двух спаренных приемопередающих устройств, расположенных в пределах прямой видимости на обоих концах линии и направленных друг на друга. В передатчике находится генератор-лазер и модулятор его оптического излучения передаваемым сигналом. Модулированный лазерный луч коллимируется оптической системой и направляется в сторону приемника. В приемнике излучение фокусируется на фотоприемник, где производится его детектирование и выделение передаваемой информации. Так как лазерный луч передается между пунктами связи в атмосфере, то его распространение сильно зависит от метеоусловий, от наличия дыма, пыли и других загрязнений воздуха. Кроме того, в атмосфере наблюдаются турбулентные явления, которые приводят к флуктуации показателя преломления среды, колебаниям луча и искажениям принимаемого сигнала. Однако, несмотря на указанные проблемы, атмосферная лазерная связь оказалась вполне надежной на расстояниях нескольких километров и особенно перспективной для решения проблемы «последней мили» [5].

В СССР первые атмосферные линии связи (АЛС) были созданы в 60-х годах XX века [6, 7]. В Москве была пущена телефонная линия между зданием МГУ на Ленинских горах и Зубовской площадью протяженностью более 5 км, а в Тбилиси — телевизионная АЛС от студийного комплекса до передатчика длиной в 3,5 км. На рис. 1 показано фото испытательной таблицы 0249, переданной по лазерному лучу. Качество передаваемого сигнала полностью соответствовало нормам МККР. В те же годы успешные опыты с АЛС проводились в Ленинграде, Горьком и в Ереване. В первых АЛС использовался гелий — неоновый лазер типа ЛГ-36 с длиной волны излучения 0,63 мкм и мощностью 40мВт. Амплитудная модуляция осуществлялась модулятором типа ОПМШ-100 на базе эффекта Поккельса, а фотоприемником служил фотоумножитель
ФЭУ-51. В те годы считалось, что плохие погодные условия (снег, дождь, туман) делают лазерную связь ненадежной, и она была признана неперспективной.
Современное широкое распространение АЛС во многих странах мира началось в 1998 году, когда были созданы недорогие полупроводниковые лазеры мощностью в 100 мВт и более. В это же время возникла потребность в лазерной связи, так как стали стремительно развиваться информационные технологии. Резко увеличивается число абонентов, требующих предоставления таких телекоммуникационных услуг, как Интернет, IP-телефония, кабельное телевидение с большим числом каналов, компьютерные сети и т.д. В результате возникла проблема «последней мили», то есть подключение широкополосного канала связи к конечному пользователю. Прокладка новых кабельных сетей требует крупных капиталовложений, а в ряде случаев, особенно в условиях плотной городской застройки, очень трудна или даже невозможна. Оптимальным решением проблемы последнего участка является использование беспроводных линий передачи [8, 9]. Стандарт IEEE 802.11 предусматривает для этих целей СВЧ или оптический (ИК) диапазоны излучений.
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.
В то же время беспроводная связь 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. Поэтому наиболее полным решением проблемы «последней мили» является передача информации лазерным лучом [10-12]. Опасения потенциальных пользователей АЛС относительно ее зависимости от погодных условий (дождь, снег, туман, смог и т.д.) были сняты экспериментальными измерениями вероятности ошибок BER (bit error rate) на заданной дальности.
ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ
Для успешного применения АЛС и передачи информации лазерным лучом необходимо учитывать зависимость пропускания оптического излучения от состояния воздушной среды. Поэтому были проведены комплексные исследования распространения лазерного излучения в атмосфере [13-15]. Изложим лишь общие сведения, имеющие прямое отношение к эксплуатации линий АЛС, которые помогут пользователям оценить возможности этих линий в конкретных погодных условиях.
Распространение лазерного излучения в атмосфере сопровождается целым рядом явлений линейного и нелинейного взаимодействия света со средой. При этом ни одно из этих явлений не проявляется в отдельности. По чисто качественным признакам 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. Кратко остановимся на каждом из этих явлений.
Поглощение светового потока видимого и инфракрасного диапазонов определяется, прежде всего, молекулярным поглощением, крайне неравномерным по частоте. Оно максимально на резонансных частотах молекул воздуха, воды, углекислого газа, озона и других компонент атмосферы.

На рис. 2 приведен спектр поглощения солнечного излучения с малым спектральным разрешением. Каждая из изображенных здесь полос, как правило, является результатом наложения и перекрытия нескольких полос как одного и того же газа, так и различных газов. В других атмосферных условиях и других регионах подобные графики будут различаться из-за различного содержания водяных паров и других компонент воздуха. Имеются участки спектра, где поглощение незначительно. Они называются окнами прозрачности. Однако при большем разрешении и в окнах прозрачности существуют целые совокупности различных полос поглощения.

На рис. 3 в качестве примера приведен спектр атмосферы вблизи длины волны излучения рубинового лазера 0,69 мкм. Имеются количественные измерения коэффициента поглощения практически для любых участков спектра. Если длина волны лазера известна, то поглощение его излучения может быть заранее определено для любых реальных условий в атмосфере.
Если лазерное излучение попадает в центр сильной линии спектра, то оно поглощается атмосферой на 100% даже на небольшом расстоянии. Поэтому для АЛС следует брать лазеры с излучением, находящимся на участках спектра атмосферы, занятых широкими окнами прозрачности или в промежутках между слабыми линиями поглощения, в микроокнах прозрачности.

При этом частота излучения должна быть стабилизирована с достаточно высокой точностью, особенно если она находится на близком расстоянии от линии поглощения газов.
Помимо молекулярного поглощения распространению луча мешает молекулярное рассеяние лучистой энергии микросгустками молекул воздуха, обладающих различной плотностью и разными показателями преломления. Эти неоднородности в газовой среде весьма нестабильны и зависят от местных температурных условий, времени года и суток, а также от содержания примесей в каждой конкретной микрозоне атмосферы. Молекулярное рассеяние достаточно хорошо изучено. Составлены обширные таблицы коэффициентов рассеяния в видимой и инфракрасной областях спектра, обеспечивающие достаточно точный количественный расчет потерь энергии излучения на заданном расстоянии [14-16]. Этот тип рассеяния не оказывает существенного вреда АЛС в отличие от аэрозольного рассеяния, которое будет рассмотрено ниже.
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. Говоря об аэрозольном рассеянии в общем, имеют в виду аэрозольное ослабление, обусловленное не только рассеянием, но и поглощением излучения частицами аэрозоля.
Все типы атмосферных аэрозолей можно объединить в следующие основные классы: облака, туманы, дымки, морозь и осадки — дождь или снег. В облаках и туманах наиболее вероятное значение радиуса частиц составляет 5–6 мкм, а в дымках на 1–2 порядка меньше. Поэтому ослабление микронного излучения в дымках ниже.

Таблица 1. Ослабление излучения в диапазоне 0,85 мкм в зависимости от погодных условий по [13]. Результаты измерений прозрачности дымок, туманов и осадков в различных климатических районах изложены в [14-16]. При этом теоретически и экспериментально показано, что ослабление сигнала при дожде и снегопаде меньше, нежели при тумане (табл. 1). На рис. 4 приведены кривые ослабления лазерного сигнала в различных аэрозолях по данным Информационно-технологического центра Новосибирска.

На табл. 1 и рис. 4 видно, что главными ограничителями дальности АЛС являются густой снег и густой туман, для которых аэрозольное ослабление максимально.
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 искажениям волнового фронта и, следовательно, к колебаниям и уширению лазерного пучка и перераспределению энергии в его поперечном сечении. В плоскости приемной антенны это проявляется в хаотическом чередовании темных и ярких пятен с частотой от долей герца до нескольких килогерц. 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. Например, на рис. 5 показаны две крайние зависимости вероятности ошибок BER для системы АЛС Информационно-технологического центра (Новосибирск) от дальности связи при ясной погоде — одна в условиях сильной турбулентности атмосферы, другая в слабой. Обычные значения BER лежат между этими кривыми.
Самым простым способом борьбы с замираниями является увеличение размера приемной оптической антенны или использование нескольких приемных антенн (до 8). При этом происходит усреднение флуктуаций излучения, принимаемого отдельными элементами, и выравнивание сигнала. Другой способ заключается в некогерентном сложении в одном канале излучения нескольких лазеров.
При практическом использовании лазеров в системах атмосферной связи необходимо учитывать совокупное влияние взаимодействия излучения с атмосферой — одновременно поглощающей, рассеивающей и случайно неоднородной средой. Это влияние может изменяться в чрезвычайно широком диапазоне. Поэтому для обеспечения работоспособности АЛС на заданной дистанции с определенным уровнем надежности (или доступности канала) необходимо иметь достаточный динамический запас энергетического потенциала.
РАБОТА СИСТЕМ АЛС
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.
Построение всех станций АЛС практически одинаково: интерфейсный модуль, модулятор, лазер, оптическая система передатчика, оптическая система приемника, демодулятор и интерфейсный модуль приемника. 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 (2–4 мрад) и передается через атмосферу к приемнику. На противоположном пункте принимаемое оптическое излучение фокусируется приемным объективом на площадку высокочувствительного быстродействующего фотоприемника (лавинные или pin-фотодиоды), 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.
Нарушения в работе систем АЛС, как отмечалось выше, могут быть связаны с неблагоприятными погодными условиями (сильный туман или снегопад) и сильной турбулентностью атмосферы (замирания). Радует, что эти два фактора не совпадают по времени: замирания отсутствуют при тумане и снегопаде, однако характерны для ясной, cолнечной погоды. Поэтому, оценивая надежность связи, не нужно складывать ослабления сигнала из-за этих двух факторов. К атмосферным потерям следует добавить еще так называемые геометрические потери сигнала, зависящие от протяженности линии и угловой расходимости излучения. Например, при расходимости луча в 4 мрад, расстоянии 250 м и диаметре объектива приемника 10 см геометрические потери составляют 20 дБ, то есть улавливается всего 1% мощности лазера. С увеличением расстояния в два раза потеря мощности сигнала на фотоприемнике увеличивается в 4 раза. Если же начать уменьшать угловую расходимость, это может привести к росту потерь на турбулентность атмосферы.
В [17] дан расчет надежности работы атмосферной оптической линии связи с учетом измеренных средних значений метеорологической дальности видимости (МДВ) и вероятностного распределения МДВ по месяцам для Москвы и Одессы. Полученные значения вероятности связи при разных расстояниях для двух терминалов приведены в таблице 2. На терминале1 мощность передатчика в импульсе составляет 200 мВт, чувствительность приемника 5×10–12 Вт/Гц ½, эффективный диаметр приемной оптической антенны 20 см, скорость передачи информации 140 Мбит/с. На терминале2 эти значения соответственно равны 100 мВт, 0,6×10–12 Вт/Гц ½, 10 см и 8 Мбит/с. Из расчетов следует, что вероятность безотказной работы трассы на длине участка до 3 км при коэффициенте ошибки 10-6 — не ниже 0,993. Это выше требований к радиорелейным линиям связи, вероятность безотказной работы которых должна быть не ниже 0,9925, что соответствует 0,75% времени, в течение которого коэффициент ошибки не превышает указанного значения.

Таблица 2. Вероятность безотказной работы трассы АЛС при коэффициенте ошибки 10–6 по [17]. Доступность линии АЛС зависит от допустимого ослабления мощности сигнала между передатчиком и приемником на заданном расстоянии между терминалами и от статистики распределения МДВ в месте установки линии. Чем больше запас мощности системы, тем меньше погодные условия влияют на работоспособность линии. Расчет необходимого динамического диапазона АЛС дан в [11,12].

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ АЛС

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. Поэтому в последнее время возрастает интерес отечественных производителей к этому новому и перспективному сектору рынка.
Внешний вид некоторых образцов выпускаемых в России терминалов АЛС представлен на первой обложке предыдущего номера настоящего журнала. Приведенные ниже параметры аппаратуры взяты из рекламных материалов фирм или получены непосредственно от изготовителей.
Среди российских производителей аппаратуры для АЛС отметим прежде всего ФГУП НИИ «ПОЛЮС» (Москва), предлагающий свои лазерные передающие системы ЛПС-2 — ЛПС-100. Устройства предназначены для организации односторонней и дуплексной цифровой связи между объектами, находящимися на расстояниях от 0,2 до 3 км, со скоростью от 0,1 до 155 Мбит/с. В состав системы входят приемный и передающий модули, размещенные в герметичных кожухах с подогревом и имеющие окна для ввода и вывода излучения, а также разъемы электрического и волоконно-оптического кабелей. Диапазон рабочих температур от −50 до +500 °C, габариты приемопередатчика 179×172×351 мм, наработка на отказ не менее 10 000 ч. В передающем модуле предусмотрена схема стабилизации и контроля работы лазера. Возможна установка дублирующего излучателя.
ФГУП НИИ прецизионного приборостроения (Москва) совместно с АО “ТЕЛЕКОМ” создал серию аппаратуры атмосферных оптических линий связи типа АОЛТ, предназначенную для дуплексной передачи данных, голоса и видеосигнала в инфракрасном диапазоне. Ряд уникальных технических решений позволил получить значения допустимого ослабления мощности сигнала в атмосфере, приведенного к дистанции 1 км, в 54 дБ для АОЛТ 2-1М и 66 дБ для АОЛТ 1-1У. Наличие нескольких одновременно работающих и пространственно разнесенных передатчиков (до 8 штук) и многоапертурная приемная антенна существенно повысили доступность канала связи и сделали его полностью устойчивым в условиях турбулентности атмосферы. В серии АОЛТ-У используется не имеющая аналогов система автоматического наведения. Оборудование выпускается с различными вариантами интерфейсов. Система телеметрии обеспечивает контроль всех необходимых параметров оборудования и линии в целом. Оборудование имеет сертификат соответствия Госкомсвязи России. Источник питания — 48В или другой по согласованию, рабочий диапазон температур от −40 до +500 °C, габариты 410×410×580 мм, масса 21 кг, время наработки на отказ не менее 100 000 ч., вероятность ошибки не более 10–9.
Информационно-технологический центр (Новосибирск) предлагает разработанные беспроводные средства связи Орtolan — лазерные атмосферные линии (ЛАЛ) четырех модулей: ЛАЛ2+500, ЛАЛ2+1000, ЛАЛ2+2000 и ЛАЛ2+5000 (последнее число обозначает рабочую дальность в метрах). Последняя модификация может использоваться на расстояниях до 5 км в пределах прямой видимости. На расстояниях до 3 км дождь и снег не способны нарушить работу системы. Туман может ограничить дальность связи до 1,5 МДВ, однако установка системы на возвышенностях позволяет существенно снизить вероятность перерыва связи из-за туманов. Вероятность ошибок за счет турбулентности атмосферы представлена на рис. 5. Для защиты от помех и несанкционированного доступа передаваемая информация кодируется. Аппаратура имеет встроенную систему диагностики и контроля ошибок, обеспечивает автоматизированное наведение и мониторинг в реальном режиме времени. Встроенный контроллер обеспечивает отображение информации о работе системы и о состоянии оптического канала связи. Предусмотрен также обогрев (антиобледенитель) стекла. Наработка на отказ составляет 100 000 ч. Диапазон рабочих температур от −40 до +650 °C. Питание осуществляется от сети 220 В 50 Гц, габариты не более 285×245×405 мм.

Рис.5. Зависимость вероятности ошибок BER от расстояния при слабых замираниях в атмосфере (кривая 1) и сильных замираниях (кривая 2) для АЛС ЛАЛ2+. Дождь, туман, снег, дымка отсутствуют. Государственный Рязанский приборный завод выпускает многоцелевую оптическую систему для телекоммуникаций МОСТ 100/500, имеющую скорость передачи от 2,048 до 100 Мбит/с. Максимально допустимая угловая нестабильность места установки должна быть не более 1 угловой минуты, а погрешность установки направления связи не более 30 угловых секунд. Выполнение этих требований обеспечивает в условиях средней полосы России для заданных доступности канала и скорости передачи ориентировочную дальность связи системы МОСТ 100/500, показанную на рис. 6. Рабочий интервал температур составляет от −40 до +400 °C. Питание от сети 220 В 50 Гц.
Научно-производственная компания «Катарсис» (Санкт-Петербург) поставляет беспроводные оптические каналы связи (БОКС) типа БОКС-10 МПД сетей Интернета со скоростью передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с и для каналов Е1, Т1, ИКМ-30. Рабочая дистанция от 250 до 1000 м. Отличительной особенностью аппаратуры БОКС является использование в передатчике светодиодов на длину волны 850-890мкм с выходной оптической мощностью 50–300 мВт и расходимостью луча 8 мрад.

Питание приемопередатчика осуществляется от сети 220 В 50 Гц. Наработка на отказ не менее 100 000 ч., рабочий диапазон температур от −40 до +500 °C, размеры модуля 505×142×250 мм, масса не более 8 кг.

Рис.6. Дальность действия системы МОСТ 100/500 при скоростях передачи информации 100Мб/с (кривая 1), 10 и 4×2 Мбит/с (2) и 2 Мбит/с (3). На российском рынке также имеется продукция зарубежной техники АЛС. Так, фирма Великобритании PAV Data Systems Ltd продает через фирму MicroMax Computer Intelligence, Inc. (Москва) несколько систем АЛС серии SkyNET. Серия SkyNET-Ethernet работает с частотой 10 Мбит/с на расстояниях от 0,2 до 6 км, а SkyNET Fast Ethernet имеет скорость передачи данных 100 Мбит/с при дальностях от 0,25 до 4 км. Размеры приемопередатчика во всех сериях одинаковы и составляют 340×180×550 мм, масса 13 и 18 кг соответственно.
В связи с молодостью лазерной связи еще не выработалась единая терминология. Отсюда разные названия одинаковых по назначению систем АЛС разных фирм: ЛПС, АОЛТ, ЛАЛ, МОСТ, БОКС и др. Госстандарту РФ следовало бы стандартизировать терминологию в данной области.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, связь по лазерному лучу через атмосферу в настоящее время стала реальной. Она обеспечивает передачу большого количества информации с высокой надежностью на расстояниях до 5 км и наиболее просто и эффективно решает проблему «последней мили». Широкий выбор аппаратуры на российском рынке может удовлетворить любые требования потребителя и делает АЛС доступной.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кобзев В.В., Милинкис Б.М., Емельянов Р.Г. Применение оптических квантовых генераторов для целей связи. М., Связь, 1965, 120 с.
2. Пратт В. Лазерные системы связи. М., 1972.
3. Оптические системы передачи информации по атмосферному каналу. М., 1985.
4. Гауэр Д. Оптические системы связи. М., 1989.
5. Сироклин И.Л. DECT — последняя миля + мобильность. Информост — Средства связи, 2001, № 2 (15), с. 24–27.
6. Алякишев С.А., Гордеев Д.В., Милинкис Б.М., Остапченко Е.П. Передача телевизионного изображения и звука с помощью лазера. Техника кино и телевидения, 1965, № 5, с. 45–49.
7. Аркадьев Д.И., Милинкис Б.М., Миндлин И.Г., Хайкин В.Л. Аппаратура для передачи телевидения с помощью лазера. Техника кино и телевидения, 1971, № 4, с. 60–62.
8. Серопегин В.И. Беспроводные системы передачи данных локального, городского и регионального масштабов. Технология и средства связи, 1999, № 4, с. 72–77.
9. Гиносян Ю.А. Новые технологии беспроводного доступа. Технология и средства связи, 1999, № 4, с. 38–39.
10. Клоков А.В. Беспроводные ИК-технологии, истинное качество «последней мили». Технология и средства связи, 1999, № 5, с. 40–44.
11. Кулик Т.К., Прохоров Д.В. Методика сравнительной оценки работоспособности лазерных линий связи. Технология и средства связи, 2000, № 6, с. 8–18.
12. Кулик Т.К., Прохоров Д.В., Сумерин В.В., Хюппенен А.П. Особенности применения оптических линий связи. Лазер информ, 2001, вып. 9–10 (216-217), с. 1–6.
13. Медвед Д.Б. Влияние погодных условий на беспроводную оптическую связь. Вестник связи, 2001, № 4, с. 154–157.
14. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М., Соврадио, 1970, 494 с.
15. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. М., Радио и связь, 1981, 288 с.
16. Розенберг Г.В., Горчаков Г.И., Георгиевский Ю.С., Любовцева Ю.С. Физика атмосферы и проблемы климата. М., Наука, 1980, 320 с.
17. Николаев А.Ю. Расчет надежности работы атмосферной оптической линии связи. Информост — Средства связи, 2001, № 4(17), с. 26–27.

Статья без рисунков, но её можно найти в интернет.

Заниматься этой темой ВПК начали в 60-е. Реально зелено-синий лазерный излучатель обеспечивал передачу данных на 150 км при выходной мощности менее ватта, но это спецоборудование.

Теперь уже от космоса и оборонки тема перешла в промышленность. Промобразцы появились в 90-е годы.

Плюсы огромные — не надо покупать разрешения на выделенную полосу радиочастот до 400 ГГц, конфиденциальность, постоянная скорость передачи.

Занимался немного в начале 2000 с НПК Катарсис. Первые МОСТы и БОКСы, расстояния до 500 м. (если туманы — 250 м с высокой доступностью линии).

Сейчас всё гораздо лучше: katharsis.ru Петербург

=== Беспроводные Оптические Каналы Связи / БОКС-100М-ТС3 ===

Протокол приема/передачи данных Fast Ethernet, 100BaseTX
Скорость в канале 100/200 Мбит/с
Режим приема/передачи Дуплексный
Минимальная дистанция 50 метров
Максимальная дистанция (0 дБ/км) 18000 метров
Рекомендованная дистанция МДВ>400 1550 метров
Рекомендованная дистанция МДВ>300 1280 метров

2641
Комментарии (4)

Выберите из списка
2020
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008