СИСТЕМА ОТКРЫТОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

СИСТЕМА ОТКРЫТОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
Полезная модель относится к системам открытой оптической связи и может быть использована для двусторонней передачи информации между удаленными друг от друга объектами без использования электрических проводов и/или оптических волокон, в том числе при большом числе объектов, участвующих в обмене информацией, например, при организации обмена с использованием сетевых технологий, или по схеме «точка-мультиточка, то есть при двустороннем обмене информацией между базовой станцией и несколькими абонентами.
Известна система оптической связи, содержащая два терминала, каждый из которых содержит передатчик в виде источника света со средствами модуляции и приемник (см.описание к заявке ЕПВ № 0398596, Н 04 В 10/10, 1990 /1/). Известная система используется в качестве средства для восстановления связи в случае выхода из строя участка оптоволоконной системы и обеспечивает связь посредством пучка оптического излучения, распространяющегося в открытом пространстве. Недостатком известной системы является ограниченность ее применения, т.к. она обеспечивает связь только по одному каналу.
Известна многоканальная система оптической связи, содержащая несколько передающих устройств, выполненных в виде лазеров со средствами модуляции, передающий тракт в виде оптоволокна.
МПК7Н04В 10/00 Н04в 10/10
прозрачного для излучения лазеров, и несколько приемных устройств (см.описание к патенту США № 5589968, НКИ 359/124, 1996 /21}. Увеличение пропускной способности в этой системе достигается за счет спектрального, временного и кодового уплотнения каналов. Недостатком известной системы является ограниченность ее применения и высокая стоимость. Это обусловлено использованием оптоволокна в качестве передающего оптическое излучение тракта, что исключает возможность связи с объектами, изменяющими свое положение в пространстве, или требует работ для соответствующей прокладки оптоволоконного кабеля, например, под землей или на опорах (помимо того, что прокладка является дорогостоящей, получение разрешения на прокладку, так называемого «права прохода, также требует существенных затрат). Кроме того, число каналов связи в этой системе лимитировано количеством используемых для передачи информации несущих частот.
Известна многоканальная сеть открытой оптической связи, основанная на применении многоадресного распределительного устройства (router), содержащего сканер, способный поочередно направлять световой пучок через атмосферу на одно или несколько приемных устройств из множества приемных устройств, и линзовый растр, каждая из линз которого обеспечивает коллимацию пучка, направленного на соответствующее линзе приемное устройство или несколько приемных устройств (см. описание к патенту США № 5,786,923, НКИ 359-172, от 28 июля 1998 /3/). Известная сеть связи может использовать также излучение с различными длинами волн, каждая из которых с помощью диспергирующего устройства направляется на соответствующее приемное устройство. Недостатком известной системы является то, что в ней не в полной мере реализуются возможности увеличения предельной скорости передачи
информации по атмосферным трактам. Этот недостаток является весьма существенным, так как именно атмосферный тракт, как правило, является наиболее узким местом в любой сети связи , состоящей из оптоволоконных и атмосферных участков.
Причины вообще говоря меньшей, чем у волоконного тракта, пропускной способности атмосферного тракта состоят в том, что, в отличие от волокна, атмосферный канал характеризуется повышенными шумами из-за посторонних засветок (прежде всего солнечное излучение), а также весьма значительными потерями мощности сигнала (поглощение и рассеяние в атмосфере, а также геометрический фактор, обусловленный расширением пучка в атмосфере до диаметров, превышающих диаметр приемных апертур). Указанные слабости атмосферного тракта требуют дополнительных, по сравнению с применяемыми в волокнах, методов уплотнения каналов.
Наиболее близкой к заявляемой по своей технической сущности является система открытой оптической связи, известная из описания к заявке Японии № 06303198, Н 04 В 10/10, 1994 /4/. Известная система содержит несколько одинаковых светоизлучающих элементов и несколько одинаковых приемников оптического излучения, работающих одновременно. Система предназначена для увеличения скорости передачи информации через атмосферу за счет одновременного использования нескольких приемников и передатчиков с целью формирования нескольких (по числу приемников и соответствующих им передатчиков, соединенных оптическими пучками) пространственно разделенных каналов (Пространственное Разделение Каналов, ПРК).
Недостатками известного устройства являются также ограниченность его использования и сложность конструкции. Сложность конструкции заключается в том, что для того, чтобы каналы были
разделены, необходимо, чтобы каждый из приемников принимал излучение от передатчика, адресованное только ему. Для обеспечения разделения каналов каждый передатчик снабжается объективом, формирующим направленный пучок излучения, а приемники должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга, чтобы на них не было перекрытия пучков излучения от разных передатчиков. А это в свою очередь накладывает ограничение на дальность связи, т.к. любой объектив формирует пучки излучения с ненулевой расходимостью. Следует также отметить, что помимо расходимости, обусловленной волновой природой света и техническими ограничениями, присущими любой конструкции объектива, всегда присутствует светорассеяние, которое создает «крылья диаграммы направленности излучения, существенно более широкие, чем расходимость нерассеянного излучения.
Таким образом, известная система связи неудобна для ее использования при обслуживании большого числа абонентов с адресным распределением информации, так как каждая пара абонентов должна располагаться на расстоянии друг от друга, достаточном для того, чтобы избежать частичного попадания предназначенного каждому из них пучка (включая «крылья пучка) на приемную апертуру другого абонента. Указанное требование приводит к ограничению дальности связи, увеличению габаритов и усложнению системы, особенно при наличии значительного числа абонентов.
Заявляемая система открытой оптической связи направлена на упрощение конструкции, повышение дальности связи при увеличенном числе обслуживаемых абонентов.
Указанный результат достигается тем, что система открытой оптической связи содержит несколько одновременно работающих приемных устройств и передатчиков, связанных пучками оптического излучения, при этом передатчики с перекрывающимися на приемниках пучками выполнены с различной несущей частотой и/или модуляцией и/или кодировкой, а приемники - с возможностью селектировать адресованный каждому из них сигнал по признаку несущей частоты и/или модуляции и/или кодировки.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются:
-выполнение передатчиков с перекрывающимися на приемниках пучками с различной несущей частотой и/или модуляцией и/или кодировкой;
-выполнение приемников с возможностью селектировать адресованный каждому из них сигнал по признаку несущей частоты и/или модуляции и/или кодировки.
Выполнение передатчиков с перекрывающимися на приемниках световыми пучками с различной несущей частотой и/или модуляцией и/или кодировкой, а приемников - с возможностью селективно принимать только адресованный каждому из них сигнал позволяет обслуживать большое число абонентов, удаленных на большие расстояния от передатчиков.
Действительно, если возникает такая ситуация, что два близко расположенные друг от друга приемника разных абонентов оказываются освещены излучением двух передатчиков, то, если передатчики работают на одной несущей частоте и используют один и тот же вид модуляции, то каждый абонент будет воспринимать информацию не только адресованную ему, но и адресованную соседу. Если же использовать предложенную систему связи, то соседние приемники, даже если каждый из них, в силу частичного перекрытия на них световых пучков излучателей передатчиков, освещен излучением от двух и более передатчиков, будут селективно воспринимать только адресованную им информацию.
Существенно, что в предложенной системе число абонентов может быть значительно большим, чем количество несущих частот и/или типов модуляции, поскольку этими характеристиками должны различаться лишь те передатчики, излучение которых перекрывается на приемниках.
Следует также отметить, что несущие частоты, используемые для разделения каналов, сформированных частично налагающимися световыми пучками, могут быть не теми же самыми, что частоты, применяемые для спектрального уплотнения каналов (WDM) в оптическом волокне, предшествующем атмосферному тракту. Учитывая упомянутые выше ограничения атмосферного тракта, уширение частоты за счет наложенной на оптическое излучение информации в атмосферном тракте будет вообще говоря меньше, чем в волокне. Поэтому и несущие частоты могут располагаться ближе друг к другу, тем не менее не допуская взаимного зашумления (cross-talking) каналов.
Еще одной причиной, позволяющей располагать несущие частоты ближе, чем при WDM в волокне, является то, что пучки налагаются на приемниках лишь частично, что само по себе снижает уровень взаимного зашумления каналов. Сказанное относится и к строгости ортогональности применяемых для частично налагающихся пучков кодов. Таким образом, специфика атмосферного тракта, вообще говоря, требует для оптимального использования его пропускной способности применять несколько иные частоты и коды, чем те которые стандартно применяются для WDM, CDM (кодовое уплотнение), TDM (временное уплотнение) при передаче информации через оптическое волокно.
Сущность заявляемой системы открытой оптической связи поясняется примером реализации и чертежом, на котором схематично представлена ее принципиальная схема, показывающая частичное перекрытие световых пучков от разных передатчиков на соседних приемниках.
Система оптической связи содержит несколько передатчиков 1, которые имеют различные несущие частоты fi, f, f (или имеют различные виды модуляции - амплитудную, фазовую, частотную, с использованием того или иного кода) и несколько приемников 2, освещенных световыми пучками этих передатчиков и настроенных каждый на прием одной частоты - fi, f или f3 (или, соответственно, на определенный вид модуляции).
Система работает следующим образом. Каждый из передатчиков 1 передает сигнал, несущий информацию, для своего приемника абонента 2 независимо от работы других передатчиков на своей несущей частоте или на выбранном виде кодирования или модуляции. При этом, как показано на чертеже, передатчики 1 освещают приемники 2 с частичным перекрытием пучков. Но поскольку каждый из приемников 2 настроен или на свою частоту или на свой вид кодирования или модуляции, то каждый из них будет селективно воспринимать адресованную ему информацию. Приемники и передатчики, составляющие систему, а также основные узлы, необходимые для ее функционирования, выбираются из числа известных из уровня техники и обладающих требуемыми свойствами.