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, и, как следствие, малая пропускная способность.
Известна многоканальная система оптической связи, содержащая несколько передающих устройств, выполненных в виде лазеров со средствами модуляции, передающий тракт в виде оптоволокна, проМПК7 Н04В 10/00 Н04В 10/10
зрачного для излучения лазеров, и несколько приемных устройств (см. описание к патенту США № 5589968, НКИ 359/124, 1996 /2/). 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, и 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).
Известна многоканальная сеть открытой оптической связи, основанная на применении многоадресного распределительного устройства , 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 № 5786923 от 28 июля 1998). Известная сеть связи может использовать также излучение с различными длинами волн, каждая из которых с помощью диспергирующего устройства направляется на соответствующее приемное устройство. Кроме того, известная сеть может дополнительно использовать спектральное или временное уплотнение каналов, сформированных в пределах светового пучка выделенного для каждого из приемных устройств, по аналогии с тем, как это делается при передаче информации
по оптоволоконному тракту. Недостатком известной сети связи является то, что в ней не в полной мере реализуются возможности увеличения предельной скорости передачи информации от распределительного устройства к приемным устройствам 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 участков и атмосферных участков.
Более низкая, чем у волоконного тракта пропускная способность атмосферного тракта обусловлена тем, что, в отличие от волокна, атмосферный канал характеризуется повышенными шумами из-за посторонних засветок (прежде всего от солнечного излучения), а также весьма значительными потерями мощности оптического сигнала (обусловленными поглощением и рассеянием в атмосфере, а также геометрическим фактором, связанным с расширением светового пучка в атмосфере до диаметров, превышающих диаметр приемных апертур). Указанные особенности 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 /3/. Известная система содержит несколько светоизлучающих элементов и несколько 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 связи.
Недостатками известного устройства являются ограниченность возможности повышения скорости передачи и сложность конструкции при большом числе каналов, так как максимальное достижимое в этом устройстве число каналов равняется числу передатчиков или, что то же самое, числу соответствующих им приемников. Дополнительная 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, обусловленного угловой расходимостью пучков. Это, в свою очередь, приводит к большим габаритам устройства при значительном числе каналов, и накладывает ограничение на дальность связи, т.к. любой объектив формирует пучки излучения с ненулевой расходимостью, и поперечные размеры каждого пучка, начиная с некоторой дальности, возрастают пропорционально удаленности от передатчика.
Таким образом, известная система оптической связи неудобна для создания большого числа независимых каналов связи, что ограничивает возможности наращивания ее пропускной способности и возможности обслуживания большого числа абонентов. Заявляемая система открытой оптической связи направлена на упрощение конструкции при заданном числе каналов связи или увеличение числа каналов
связи при сохранении умеренной сложности и приемлемых габаритов конструкции.
Указанный результат достигается тем, что система открытой оптической связи содержит несколько многопучковых передающих устройств на передающей стороне и несколько многопучковых приемных устройств на приемной стороне, при этом каждое из передающих устройств оптически связано с каждым из приемных устройств одним из испускаемых им световых пучков, каждый из которых способен передавать отдельный поток информации, причем информация, передаваемая каждым пучком, селективно принимается одним из фотоприемников, входящих в состав приемного устройства.
Отличием заявляемой системы является установка на каждой из сторон соответственно нескольких передающих устройств и нескольких приемных устройств, при этом каждое из передающих устройств содержит несколько источников оптического излучения, которые формируют отдельные световые пучки на выходе устройства, способные передавать отдельные потоки информации, и каждое из передающих устройств оптически связано с каждым из приемных устройств одним из испускаемых им световых пучков, при этом информация, передаваемая таким пучком, селективно принимается одним из фотоприемников, входящих в состав приемного устройст
За счет этого становится возможным многократное увеличение числа каналов связи, а, следовательно, пропускной способности системы. Действительно, если установить на передающей стороне N передатчиков, каждый из которых испускает М пучков, а на приемной стороне установить М приемников, каждый из которых принимает N пучков, то система будет иметь М х N пространственно разделенных каналов связи, что позволяет обеспечить суммарную пропускную способность линии связи, в М х N раз превышающую пропускную способность отдельного канала.
Например, при длине линии связи до 2 км и установке на каждом конце линии четырех приемопередающих устройств (терминалов), разнесенных на 1 м друг от друга (что может быть обеспечено в пределах одного окна здания, в котором находится терминальная позиция), число независимых каналов составит 16 ().
Если для передачи одного и того же информационного потока использовать не один, а два пространственно разделенных канала, то число независимых каналов уменьшится вдвое, но зато возрастет надежность работы линии связи, так как случайные оптические препятствия (например, пролетающие птицы) не смогут нарушить работу канала в целом.
Точное наведение каждого терминала на все терминалы, установленные на противоположной позиции, при фиксированном взаимном расположении всех терминалов на каждой из позиций, может осуществляться коллективно (для всех каналов данных терминалов) путем изменения ориентации оптической системы терминала или изменения положения совокупности излучателей/приемников на поверхности, на которой оптическая система формирует изображения терминалов, расположенных на противоположной позиции.
Такая система может использоваться не только как линия двусторонней связи между двумя позициями, но и как сеть или часть сети, где концевые терминалы расположены в произвольно удаленных друг от друга точках (в пределах дальности надежной связи между концевыми терминалами и ретрансляторами), а передача и прием информации в рамках такой сети (или части более широкой сети) осуществляется с коммутацией каналов или сообщений в соответствии с существующими методами построения и функционирования телекоммуникационных сетей.
В случае, если система используется как линия двусторонней высокоскоростной связи, возможен вариант, при котором все терминалы на одной терминальной позиции объединены в общую конструкцию, снабженную коллективной системой пространственной стабилизации и общей системой наведения на такую же объединенную систему, установленную на противоположной терминальной позиции.
Сущность заявляемой системы открытой оптической связи поясняется примером ее реализации и чертежем, на котором представлен вариант системы с числом многопучковых передающих устройств  и числом приемных устройств .
Система содержит несколько многопучковых передающих устройств 1 на передающей стороне и несколько многопучковых приемных устройств 2 на приемной стороне. Многопучковое передающее устройство содержит несколько источников оптического излучения (например, лазеров), которые могут работать как на одной, так и на нескольких длинах волн, при этом каждый источник снабжен соответствующими средствами модуляции, выбранными из числа известных. Пучки, генерируемые каждым отдельным источником излучения, выходят под разными углами из передающего устройства и каждый из них направлен на соответствующее ему приемное устройство. Каждое из многопучковых приемных устройств соответственно содержит несколько фотоприемников (фоточувствительных элементов, позволяющих принимать оптическое излучение и преобразовывать его в электрический сигнал). Каждый из фотоприемников селективно принимает информацию, передаваемую излучением только одного из пучков, направленных на приемное устройство. Для обеспечения двусторонней связи каждая из сторон дополняется соответственно многолучевыми приемными и передающими устройствами (т.е. на каждой из сторон устанавливается соответственно N и М приемопередающих терминалов) с обеспечением связи между ними по описанной выше схеме.
Следует отметить, что в предлагаемой системе в качестве источников излучения могут быть использованы как индивидуальные излучатели (например, лазеры) так и торцы нескольких световодов, в которые вводится (например, с помощью волоконных разветвителей) излучение от одного индивидуального излучателя. В последнем случае в каждый световод может быть встроено модулирующее устройство для ввода информации в соответствующий световой пучок.
Система работает следующим образом. После наведения каждого пучка каждого из многопучковых передающих устройств 1 на соответствующий фотоприемник каждого из многолучевых приемных устройств 2 происходит передача информации по этим пучкам, осуществляемая известными способами. Возможным вариантом реализации многопучковых передающего и приемного устройств является способ, описанный в заявке РФ на выдачу патента на изобретение от 8 июня 2000 номер 2000114465.