Laserska komunikacija je još jedan način bežične komunikacije. Atmosferska laserska komunikacija

E. N. Chepusov, S. G. Sharonin

Danas je nemoguće zamisliti naš život bez kompjutera i mreža zasnovanih na njima. Čovječanstvo je na pragu novog svijeta u kojem će se stvoriti jedinstveni informacioni prostor. U ovom svijetu komunikacija više neće biti ograničena fizičkim granicama, vremenom ili udaljenosti.

Sada u cijelom svijetu postoji ogroman broj mreža koje obavljaju različite funkcije i rješavaju mnoge različite probleme. Prije ili kasnije, ali uvijek dođe trenutak kada je propusni opseg mreže iscrpljen i potrebno je postaviti nove komunikacione linije. Unutar zgrade to je relativno lako izvesti, ali već kada se spoje dvije susjedne zgrade počinju poteškoće. Potrebne su posebne dozvole, saglasnosti, dozvole za izvođenje radova, kao i ispunjenje niza složenih tehničkih zahtjeva i zadovoljavanje značajnih finansijskih zahtjeva organizacija koje upravljaju zemljištem ili kanalizacijom. U pravilu se odmah ispostavi da najkraći put između dvije zgrade nije prava linija. I uopće nije neophodno da dužina ove staze bude uporediva s udaljenosti između ovih zgrada.

Naravno, svi znaju bežično rješenje bazirano na različitoj radio opremi (radio modemi, niskokanalne radio-relejne linije, mikrovalni digitalni predajnici). Ali složenost se ne smanjuje. Zrak je prezasićen i dobijanje dozvole za korištenje radio opreme je vrlo teško, a ponekad čak i nemoguće. A propusnost ove opreme značajno ovisi o njenoj cijeni.

Predlažemo korištenje nove isplative vrste bežične komunikacije, koja se pojavila nedavno - laserske komunikacije. Ova tehnologija je najrazvijenija u SAD, gdje je i razvijena. Laserske komunikacije pružaju isplativo rješenje za problem pouzdanih, brzih komunikacija kratkog dometa (1,2 km) koje mogu nastati pri međusobnom povezivanju telekomunikacijskih sistema između zgrada. Njegovo korišćenje omogućiće integraciju lokalnih mreža sa globalnim, integraciju lokalnih mreža udaljenih jedna od druge, kao i zadovoljavanje potreba digitalne telefonije. Laserska komunikacija podržava sve interfejse potrebne za ove svrhe - od RS-232 do ATM-a.

Kako se provodi laserska komunikacija?

Laserska komunikacija, za razliku od GSM komunikacije, omogućava uspostavljanje veze od tačke do tačke sa brzinama prenosa informacija do 155 Mbit/s. U kompjuterskim i telefonskim mrežama, laserska komunikacija osigurava razmjenu informacija u punom dupleks modu. Za aplikacije koje ne zahtijevaju velike brzine prijenosa (na primjer, za prijenos video i kontrolnih signala u tehnološkim i CCTV sistemima), postoji posebno isplativo rješenje sa poludupleks razmjenom. Kada je potrebno kombinovati ne samo računarske, već i telefonske mreže, modeli laserskih uređaja sa ugrađenim multiplekserom mogu se koristiti za istovremeni prenos LAN saobraćaja i digitalnih multicast telefonskih tokova (E1 / PCM30).

Laserski uređaji mogu prenositi bilo koji mrežni tok koji im se isporučuje pomoću vlakna ili bakrenog kabla u smjeru naprijed i nazad. Predajnik pretvara električne signale u modulirano lasersko zračenje u infracrvenom opsegu sa talasnom dužinom od 820 nm i snagom do 40 mW. Laserska komunikacija koristi atmosferu kao medij za širenje. Tada laserski snop ulazi u prijemnik, koji ima maksimalnu osjetljivost u opsegu talasne dužine zračenja. Prijemnik pretvara lasersko zračenje u signale korištenog električnog ili optičkog interfejsa. Ovako se komunikacija ostvaruje pomoću laserskih sistema.

Porodice, modeli i njihove karakteristike

U ovom odeljku želimo da vas upoznamo sa tri porodice najpopularnijih laserskih sistema u SAD - LOO, OmniBeam 2000 i OmniBeam 4000 (Tabela 1). Porodica LOO je osnovna porodica i omogućava prijenos podataka i glasa do 1000 m. Porodica OmniBeam 2000 ima slične mogućnosti, ali radi na većoj udaljenosti (do 1200 m) i može prenositi video slike i kombinaciju podataka i govora . Porodica OmniBeam 4000 može isporučiti velike brzine prijenosa podataka: 34 do 52 Mbps do 1200 m i 100 do 155 Mbps do 1000 m. Postoje i druge porodice laserskih sistema na tržištu, ali oni ili pokrivaju kraću udaljenost, ili podržavaju manje protokola.

Tabela 1.

Svaka od porodica uključuje skup modela koji podržavaju različite komunikacijske protokole (Tabela 2). Porodica LOO uključuje ekonomične modele koji obezbeđuju daljine prenosa do 200 m (slovo "S" na kraju naziva).

Tabela 2.

Nesumnjiva prednost laserskih komunikacionih uređaja je njihova kompatibilnost sa većinom telekomunikacione opreme različite namene (hubovi, ruteri, repetitori, mostovi, multiplekseri i automatske telefonske centrale).

Ugradnja laserskih sistema

Važan korak u kreiranju sistema je njegova instalacija. Stvarno puštanje u rad traje zanemarivo vrijeme u odnosu na instalaciju i postavljanje laserske opreme, koje traje nekoliko sati ako ga izvode dobro obučeni i opremljeni stručnjaci. Istovremeno, kvalitet samog sistema zavisiće od kvaliteta ovih operacija. Stoga, prije predstavljanja tipičnih opcija uključivanja, željeli bismo obratiti pažnju na ova pitanja.

Kada su postavljeni na otvorenom, primopredajnici se mogu postaviti na površinu krovova ili zidova. Laser se montira na poseban čvrsti nosač, najčešće metalni, koji je pričvršćen za zid zgrade. Nosač također pruža mogućnost podešavanja ugla nagiba i azimuta grede.

U ovom slučaju, radi lakše instalacije i održavanja sistema, njegovo povezivanje se vrši preko razvodnih kutija (RK). Kao spojni kablovi, optičko vlakno se obično koristi za kola za prenos podataka, a bakarni kabl za strujna i upravljačka kola. Ako oprema nema optički interfejs za podatke, tada se može koristiti model sa električnim interfejsom ili eksterni optički modem.

Jedinica napajanja (PSU) primopredajnika je uvijek instalirana u zatvorenom prostoru i može se montirati na zid ili u stalak koji se koristi za LAN opremu ili strukturirano kabliranje. U blizini se može postaviti i statusni monitor koji služi za daljinsko upravljanje radom primopredajnika iz familija OB2000 i OB4000. Njegova upotreba omogućava dijagnosticiranje laserskog kanala, naznačavajući vrijednost signala, kao i petlju signala za provjeru.

Prilikom interne instalacije laserskih primopredajnika, treba imati na umu da snaga laserskog zračenja opada kada prolazi kroz staklo (najmanje 4% na svakom staklu). Drugi problem su kapljice vode koje se slijevaju niz vanjsku stranu stakla kada pada kiša. Oni igraju ulogu sočiva i mogu dovesti do raspršivanja zraka. Da bi se smanjio ovaj efekat, preporučuje se postavljanje opreme blizu vrha stakla.

Za kvalitetnu komunikaciju potrebno je uzeti u obzir neke osnovne zahtjeve.

Najvažniji od njih, bez kojih će komunikacija biti nemoguća, jeste da objekti moraju biti u vidnom polju, a da na putu snopa ne smije biti neprozirnih prepreka. Osim toga, s obzirom da laserski snop u zoni prijemnika ima prečnik od 2 m, potrebno je da primopredajnici budu iznad pješaka i saobraćaja na visini od najmanje 5 m. To je zbog sigurnosnih propisa. Transport je takođe izvor gasova i prašine, koji utiču na pouzdanost i kvalitet prenosa. Snop se ne smije širiti u neposrednoj blizini dalekovoda niti ih prelaziti. Potrebno je uzeti u obzir mogući rast drveća, pomicanje njihovih krošnji za vrijeme naleta vjetra, kao i utjecaj padavina i moguće kvarove zbog ptica letećih.

Ispravan izbor primopredajnika garantuje stabilan rad kanala u čitavom nizu klimatskih uslova u Rusiji. Na primjer, s velikim promjerom snopa, vjerovatnoća kvarova povezanih s padavinama je smanjena.

Laserska oprema nije izvor elektromagnetnog zračenja (EMR). Međutim, ako se postavi u blizini uređaja sa EMI, tada će elektronska oprema lasera pokupiti ovo zračenje, što može uzrokovati promjenu signala i u prijemniku i u predajniku. To će uticati na kvalitet komunikacije, pa se ne preporučuje postavljanje laserske opreme u blizinu izvora elektromagnetnih zračenja kao što su moćne radio stanice, antene itd.

Prilikom ugradnje lasera poželjno je izbjegavati orijentaciju laserskih primopredajnika u smjeru istok-zapad, jer nekoliko dana u godini sunčevi zraci mogu blokirati lasersko zračenje na nekoliko minuta, a prijenos će postati nemoguć, čak i uz posebne optičke filtere. u prijemniku. Znajući kako se sunce kreće po nebu u određenom području, lako možete riješiti ovaj problem.

Vibracije mogu uzrokovati pomicanje laserskog primopredajnika. Da biste to izbjegli, ne preporučuje se postavljanje laserskih sistema u blizini motora, kompresora itd.

Slika 1. Postavljanje i povezivanje laserskih primopredajnika.

Nekoliko tipičnih načina uključivanja

Laserska komunikacija će pomoći u rješavanju problema komunikacije kratkog dometa u vezi od tačke do tačke. Kao primjere, razmotrite nekoliko tipičnih opcija ili metoda uključivanja. Dakle, imate centralnu kancelariju (CO) i filijalu (F), od kojih svaka ima računarsku mrežu.

Na slici 2 prikazana je varijanta organizacije komunikacionog kanala za slučaj u kojem je potrebno kombinovati F i CO, koristeći Ethernet kao mrežni protokol, i koaksijalni kabl (debeo ili tanak) kao fizički medij. CO ugošćuje LAN server, a F hostuje računare koji treba da budu povezani na ovaj server. Uz pomoć laserskih sistema, na primjer modela LOO-28/LOO-28S ili OB2000E, ovaj problem možete lako riješiti. Most je instaliran u CO, a repetitor u F. Ako most ili repetitor ima optički interfejs, onda optički minimodem nije potreban. Laserski primopredajnici su povezani preko dvostrukog optičkog vlakna. Model LOO-28S će vam omogućiti komunikaciju na udaljenosti do 213 m, a LOO-28 - do 1000 m sa "pouzdanim" uglom prijema od 3 mrad. Model OB2000E pokriva udaljenosti do 1200 m pri "dobrom" prijemnom kutu od 5 mrad. Svi ovi modeli rade u punom dupleksu i pružaju brzinu prijenosa od 10 Mbps.

Slika 2. Povezivanje udaljenog Ethernet LAN segmenta na osnovu koaksijalnog kabla.

Slična opcija za kombinovanje dvije Ethernet mreže koristeći upleteni par (10BaseT) kao fizički medij prikazana je na slici 3. Njena razlika je u tome što se umjesto mosta i repetitora koriste čvorišta koja imaju potreban broj od 10BaseT konektori i jedan AUI ili FOIRL za povezivanje laserskih primopredajnika. U tom slučaju potrebno je ugraditi laserski primopredajnik LOO-38 ili LOO-38S koji obezbjeđuje potrebnu brzinu prijenosa u full duplex modu. Model LOO-38 može komunicirati do 1000m, a LOO-38S do 213m.

Slika 3. Povezivanje udaljenog Ethernet LAN segmenta upredenog para.

Slika 4 prikazuje varijantu kombinovanog prenosa podataka između dva LAN-a (Ethernet) i multicast digitalnog toka E1 (PCM30) između dve PBX-e (u CO i F). Za rješavanje ovog problema pogodan je model OB2846 koji omogućava prijenos podataka i glasa brzinom od 12 (10 + 2) Mbps na udaljenosti do 1200 m. Koaksijalni kabel od 75 oma preko BNC konektora. Treba napomenuti da multipleksiranje tokova podataka i govora ne zahtijeva dodatnu opremu i obavlja se od strane primopredajnika bez smanjenja propusnosti svakog od njih posebno.

Slika 4. Objedinjavanje računarske i telefonske mreže.

Realizacija prijenosa podataka velike brzine između dvije LAN mreže (LAN "A" u CO i LAN "B" u F) pomoću ATM prekidača i laserskih primopredajnika prikazana je na slici 5. Model OB4000 će riješiti problem visoke ubrzati komunikaciju kratkog dometa na optimalan način. Moći ćete prenositi E3, OS1, SONET1 i ATM52 tokove potrebnim brzinama na udaljenosti do 1200 m, te 100 Base-VG ili VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX ili Fast Ethernet (802.3), FDDI, TAXI 100/ 140, OC3, SONET3 i ATM155 na potrebnim brzinama do 1000 m. Preneseni podaci se isporučuju do laserskog primopredajnika pomoću standardnog dvostrukog optičkog vlakna povezanog preko SMA konektora.

Slika 5. Agregacija brzih telekomunikacionih mreža.

Navedeni primjeri ne iscrpljuju sve moguće primjene laserske opreme.

Šta je isplativije?

Pokušajmo odrediti mjesto laserske komunikacije među ostalim žičnim i bežičnim rješenjima, ukratko ocijenivši njihove prednosti i nedostatke (Tablica 3).

Tabela 3

Ove sedmice su postali poznati rezultati svojevrsne lunarne laserske komunikacije. Test je trajao 30 dana u teškim uslovima zbog lunarne prašine. Radio je poseban dirigent, koji je trenutno u orbiti Mjeseca. Ovaj test je pokazao da je komunikacioni sistem u potpunosti operativan uprkos udaljenosti. Također uspješno komunicira, kao i svaki radio signal iz NASA-e.

Ova tehnologija pokazuje praktičnu upotrebu širokopojasnih lasera za povezivanje i komunikaciju. Ova veza, odnosno njeno učitavanje, obavlja se mnogo brže od slične radio veze. Ova metoda vam omogućava da primate signal na Zemlji brzinom od 622 Mbps i šaljete sa 20 Mbps. Ova brzina zabilježena je 20. oktobra. Prenošen je sa Mjeseca na Zemlju pomoću impulsnog laserskog zraka. Ovaj signal je primila stanica u Novom Meksiku, koja je dio zajedničke operacije Sjedinjenih Država i Španjolske.

Laseri imaju veliku prednost u odnosu na radio signale. Oni su oni sa najvećom propusnošću. Važan je prijenos podataka specifičnim koherentnim snopom. To doprinosi manjoj potrošnji energije pri prijenosu signala na velike udaljenosti.

Istraživači iz NASA-e kažu da je program testiranja bio veliki uspjeh. Nisu očekivali ovakve rezultate. Laserska poruka je primljena i poslana nazad u orbitu čak i pod najtežim uslovima. Ovo potvrđuje teoriju da bez obzira na smetnje, signal će doći na Zemlju. Ni kosmička prašina, ni udaljenost nisu prepreka laserskom signalu. Čak i u trenucima kada se sloj atmosfere povećavao, prenos signala se odvijao bez problema, što ukazuje na efikasnost ovog uređaja. Nije bilo ni traga nepovjerenju među skepticima u NASA-i, kada ni oblaci nisu postali prepreka prijenosu signala.

Začudo, nije bilo niti jedne greške u signalu. Procedura je slična razgovoru preko mobilnog telefona. Štaviše, radi bez ljudske intervencije. Sistem je čak sposoban da se zaključa kada dugo vremena nema signala sa zemaljskih stanica.

NASA je ove sedmice objavila rezultate Demonstratora svemirske laserske komunikacijske tehnologije (LLCD) instaliranog na lunarnom istraživaču atmosfere i prašine (ili LADEE), koji je lansiran u septembru ove godine i trenutno kruži oko našeg prirodnog satelita. Prema svemirskoj agenciji, LLCD sistem je pokazao veoma visoku efikasnost prenosa podataka na udaljenosti od oko 400.000 kilometara i već je sposoban da radi jednako dobro, a možda čak i bolje od konvencionalnih radio predajnika.

Za one koji ne znaju, misija LLCD-a je da demonstrira praktičnu upotrebu lasera. za prosljeđivanje poruka između objekata veoma udaljeni i mnogo brži od onoga što standardni radio predajnici mogu ponuditi. Demonstrirajući mogućnost prijenosa podataka na Zemlju brzinom od 622 Mb/s i primanja pri 20 Mb/s, LLCD je 20. oktobra postavila rekord brzine prijenosa podataka u lunarnoj orbiti. Podatke prenete laserskim snopom primila je glavna zemaljska stanica LLCD koja se nalazi u Novom Meksiku. U svijetu postoje tri takve stanice. Preostala dva se nalaze u Španiji i SAD.

Najvažniji prednosti lasera preko radio odašiljača leži u činjenici da oni nude mnogo veći propusni opseg i, osim toga, mogućnost prijenosa informacija kratkotrajnim laserskim snopovima, što će u budućnosti smanjiti ukupne troškove potrošnje energije pri prijenosu informacija na velike udaljenosti.

NASA napominje da LLCD sistem radi čak i bolje tokom 30-dnevnog testnog režima nego što se od njega očekivalo. Laser je bez problema prenosio poruke zemaljskim stanicama na dnevnom svjetlu, pa čak i kada je ugao odstupanja Mjeseca u odnosu na Sunce bio četiri stepena. Sistem je takođe radio bez ikakvih grešaka kada je Mesec bio veoma nisko do horizonta, primoravajući laser da prođe kroz gušće slojeve atmosfere i sa nekim efektima turbulencije. Astronomi su takođe bili iznenađeni kada su saznali da laki cirusi oblaci nisu problem za laser.

Pored provjere grešaka, LLCD je pokazao mogućnost prebacivanja s jedne zemaljske stanice na drugu, demonstrirajući mogućnost zaključavanja određene stanice bez potrebe za radio signalom.

“Programirali smo LADEE da automatski aktivira i usmjeri LLCD sistem na ispravnu tačku za prijenos laserskog signala na Zemlju, bez potrebe za radio signalima koji su prethodno bili poslani sondi s timom,” kaže Don Cornwell, LLCD projekt menadžer iz Centar za svemirske letove Goddard.
"Uspjeh ove misije nam omogućava da budemo optimisti u pogledu mogućnosti korištenja takvih sistema kao glavnih komunikacijskih sistema za buduće NASA misije."
NASA bilježi ne samo uspjeh prijenosa signala, već i veliku brzinu prijenosa informacija od sonde do Zemlje. Svi podaci prikupljeni tokom tog vremena (i to za minut, gigabajti informacija) prebačeni su na Zemlju za manje od pet minuta. Obično je potrebno nekoliko dana za prijenos ove količine podataka.

Agencija kaže da je misija LLCD završena i da će sljedeća faza testiranja biti provjera sistema satelita Laser Communications Relay Demonstration (LRCD), koji bi trebao biti lansiran 2017. godine. U svojoj osnovi, sistem će biti nadograđena verzija LLCD, sposobna da prenosi podatke brzinom do 2880 Gb/s iz geostacionarne orbite i bit će dio petogodišnjeg testnog programa za komunikacijske sisteme sljedeće generacije.

Prednosti laserskog kanala u odnosu na radio kanal su da, prvo, ne stvara radio smetnje; drugo, povjerljivije je; treće, može se koristiti u uslovima izloženosti visokom nivou elektromagnetnog zračenja.

Šematski dijagram predajnika prikazan je na sl.1. Predajnik se sastoji od komandnog enkodera baziranog na mikrokontroleru ATtiny2313 (DD1), izlazne jedinice bazirane na BC847V tranzistorima (VT1, VT2) i RS-232 sučelja, koji se zauzvrat sastoji od DB9-F konektora (na kablu ) (XP1) i pretvarač nivoa na MAX3232 (DD3).

Krug za resetovanje mikrokontrolera sastoji se od elemenata DD2 (CD4011B), R2, C7. Izlazna jedinica je elektronski ključ napravljen na tranzistoru VT1, u čijem je kolektorskom krugu laserski pokazivač povezan preko strujnog limitera na tranzistoru VT2. Predajnik se napaja konstantnim stabilizovanim naponom od 9 - 12 V. Mikrokrugovi DD1, DD2, DD3 se napajaju naponom od 5V koji je određen stabilizatorom 78L05 (DA1).

DD1 kontroler je programiran u BASCOM okruženju, što mu omogućava da šalje komande sa personalnog računara (PC) preko RS-232 interfejsa, sa Bascom terminala, koristeći funkciju „eho“.

Mikrokontroler ima frekvenciju takta od 4 MHz od internog oscilatora. Paketi impulsa sa frekvencijom od oko 1,3 kHz sa izlaza OS0A (PB2) se dovode do izlazne jedinice. Broj impulsa u paketu je određen brojem naredbe primljene od PC-a.
Da biste uneli komandu, morate pritisnuti bilo koji taster na tastaturi računara, a zatim kada se pojave reči “Write command” i “Enter No. 1 ... 8” unesite broj od 1 do 8 i pritisnite taster “Enter” .

Program za mikrokontroler predajnika "TXlaser" sastoji se od glavne petlje (DO ... LOOP) i dva potprograma za rukovanje prekidima: na prijemu (Urxc) i na prelivanju tajmera 0 (Timer0).

Da bi se dobila izlazna frekvencija od 1,3 kHz, tajmer je konfigurisan sa faktorom podele frekvencije (Prescale) = 1024. Pored toga, brojanje počinje od niske vrednosti Z = 253 (na visokom nivou na PB2) i ide do 255. Prekid prekoračenja tajmera nastaje prilikom obrade čiji se izlaz PB2 prebacuje, a tajmer se ponovo postavlja na vrijednost Z = 253. Tako se na izlazu PB2 pojavljuje signal frekvencije 1,3 kHz (vidi sliku 2 ). U istoj potprogramu, broj impulsa na PB2 se poredi sa navedenim, a ako su jednaki, tajmer se zaustavlja.

U rukovaocu prekida primanja, broj impulsa koji se prenose se postavlja (1 - 8). Ako je ovaj broj veći od 8, terminalu se izdaje poruka "GREŠKA".

Tokom rada potprograma, nizak nivo je prisutan na PD6 izlazu (HL1 LED je isključen), a tajmer je zaustavljen.
U glavnoj petlji, PD6 pin je visok, a HL1 LED je uključen.
Tekst programa "TXlaser":

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

Config Pind.0 = Ulaz "UART - RxD
Config Portd.1 = Izlaz "UART - TxD
Config Portd.6 = Izlaz "LED HL1
Konfig. Portb.2 = Izlaz "izlaz OC0A

"tajmer config0-division ratio=1024:
Config Timer0 = Tajmer , Prescale = 1024
Stop Timer0 "zaustavite tajmer

Dim N As Byte "definiranje varijabli"
Dim N0 kao bajt

Const Z = 253 "donja granica brojanja tajmera za izlaznu frekvenciju \u003d 1,3 kHz
Tajmer0=Z

Na Urxc Rxd "primanje rutine prekida
On Timer0 Pulse "Rutina prekidanja prekoračenja

Omogućite Urxc
Omogući Timer0

Uradite "glavnu petlju
Postavite Portd.6 "uključite LED HL1
petlja

Rxd: "primanje rutine za rukovanje prekidima
Stop Timer0
M1:
Odštampaj "Napiši komandu"
Ulaz "Unesite br. 1...8:" , N0 "unos komande
Ako je N0 > 8 Tada "ograničenje broja komandi
Štampaj "Greška"
Idi na M1
Kraj ako
N0 = N0 * 2
N0 \u003d N0 - 1 "podešena vrijednost za broj impulsa u nizu
Prebaci Portb.2
Start Timer0 "pokreni tajmer
povratak

Puls: "rutina prekida prelivanja
Stop Timer0
Prebaci Portb.2
Resetujte Portd.6 "Isključite LED
Tajmer0=Z
N \u003d N + 1 "prirast broja impulsa
Ako je N = N0 Tada "ako je broj impulsa = dat
N=0
N0 = 0
Čekanje 500" kašnjenje 0,5s
Inače
Pokrenite Timer0 "u suprotnom, nastavite sa brojanjem
Kraj ako
povratak
Kraj "završi program

Predajnik je izrađen na štampanoj ploči dimenzija 46x62 mm (vidi sl. 3). Svi elementi osim mikrokontrolera su SMD tipa. ATtiny2313 mikrokontroler se koristi u DIP paketu. Preporučljivo je postaviti ga u panel za DIP mikro kola TRS (SCS) - 20 kako bi se moglo "bezbolno" reprogramirati.

Štampana ploča predajnika TXD.PCB nalazi se u fascikli "FILE PCAD".
Šematski dijagram prijemnika laserskog kanala prikazan je na sl.4. Na ulazu prvog pojačala DA3.1 (LM358N), niskofrekventni filter formiran od elemenata CE3, R8, R9 i koji ima graničnu frekvenciju od 1 kHz, ublažava pozadinski šum od 50 -100 kHz od rasvjetnih tijela. Pojačala DA3.2 i DA4.2 pojačavaju i povećavaju trajanje primljenih impulsa korisnog signala. Komparator na DA4.1 generiše izlazni signal (jedan), koji se dovodi kroz pretvarače CD4011D (DD2) čipa - DD2.1, DD2. Signal sinhrono stiže na kontakte mikrokontrolera ATtiny2313 (DD1) - T0 (PB4) i PB3. Tako se Timer0, koji radi u eksternom režimu brojanja impulsa, i Timer1, koji meri vreme ovog brojanja, pokreću sinhrono. Kontroler DD1, koji obavlja funkciju dekodera, prikazuje primljene komande 1 ... 8 postavljanjem log.1 na pinove PORTB, odnosno RV0 ... RV7, dok dolazak naredne komande resetuje prethodnu . Kada komanda "8" stigne na PB7, pojavljuje se log.1, koji pomoću elektronskog ključa na tranzistoru VT1 uključuje relej K1.

Prijemnik se napaja konstantnim naponom od 9-12V. Analogni i digitalni dijelovi se napajaju naponima od 5V, koji su određeni stabilizatorima 78L05 DA5 i DA2.

U programu RXlaser, Timer0 je konfigurisan kao brojač eksternih impulsa, a Timer1 je konfigurisan kao tajmer koji broji period prolaska maksimalnog mogućeg broja impulsa (komanda 8).

U glavnoj petlji (DO…LOOP) Tajmer1 se uključuje kada se primi prvi komandni impuls (K=0), resetuje se uslov aktiviranja tajmera Z=1.
U rutini usluge prekida, kada se broj Timer1 podudara s vrijednošću maksimalnog mogućeg brojanja, broj instrukcije se čita i postavlja na PORTB. Također je postavljen uvjet za omogućavanje uključivanja Timer1-Z=0.
Tekst programa "RXlaser":

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

Ddrb = 255 "PORTB - svi izlazi
portb = 0
Ddrd = 0 "PORTD ulaz
Portd = 255" PORTD pullup
Config Timer0 = Brojač, Prescale = 1, Edge = Falling "kao brojač impulsa
Config Timer1 = Timer, Prescale = 1024, Clear Timer = 1" kao tajmer
Stop Timer1
Tajmer1 = 0
Brojač0 = 0

"definiranje varijabli:
Dim X kao bajt
Dim Comm kao bajt
Dim Z As Bit
Dim K As Bit

X=80
Compare1a = X "broj impulsa u registru podudaranja
Z = 0

Na Compare1a Pulse "prekinite rutinu slučajno

Omogući prekide "omogući prekide
Omogući Compare1a

Uradite "glavnu petlju
Ako je Z = 0 Tada je "prvi uslov za omogućavanje tajmera
K=Port.3
Ako je K = 0 Tada je "drugi uslov za uključivanje tajmera
Start Timer1
Z = 1
Kraj ako
Kraj ako
petlja

Puls: "prekinite potprogram slučajno
Stop Timer1
Comm = Counter0 "čitanje sa brojača eksternih impulsa
Comm = Comm - 1 "određivanje broja bita u portu
Portb = 0 "nula port
Postavite Portb.comm "postavite bit koji odgovara broju komande
Z = 0
Brojač0 = 0
Tajmer1 = 0
povratak
Kraj "završi program

Programi "TXlaser" i "RXlaser" nalaze se u folderu Lazer_prog.

Prijemnik se nalazi na ploči dimenzija 46x62 mm (vidi sl. 5). Sve komponente su SMD tipa, osim mikrokontrolera, koji se mora postaviti u TRS (SCS) - 20 tip DIP čip panela.

Podešavanje prijemnika svodi se na postavljanje end-to-end koeficijenta prijenosa i praga komparatora. Za rješavanje prvog problema potrebno je spojiti osciloskop na pin 7 DA4.2 i odabirom vrijednosti R18 postaviti takav prolazni koeficijent pri kojem maksimalna amplituda emisije šuma uočene na ekranu neće prelaziti 100 mV. Zatim se osciloskop prebacuje na pin 1 DA4.1 i nulti nivo komparatora se postavlja odabirom otpornika (R21). Uključujući predajnik i usmjeravajući laserski snop na fotodiodu, morate osigurati da se pravokutni impulsi pojavljuju na izlazu komparatora.
Štampana ploča prijemnika RXD.PCB se takođe nalazi u fascikli FILE PCAD.

Moguće je povećati otpornost laserskog kanala na buku modulacijom signala sa frekvencijom podnosača od 30 - 36 kHz. Modulacija rafala impulsa se dešava u predajniku, dok prijemnik sadrži propusni filter i detektor amplitude.

Šema takvog predajnika (predajnik 2) prikazana je na sl.6. Za razliku od predajnika 1 o kome je bilo reči, predajnik 2 ima generator podnosača podešen na frekvenciju od 30 kHz i montiran na slotovima DD2.1, DD2.4.. Generator obezbeđuje modulaciju rafala pozitivnih impulsa.

Prijemnik laserskog kanala sa frekvencijom podnosača (prijemnik 2) sastavljen je na domaćem čipu K1056UP1 (DA1). Kolo prijemnika je prikazano na sl.7. Za izolaciju komandnih impulsa, detektor amplitude s niskofrekventnim filterom i normalizator impulsa spojeni su na izlaz mikrokola DA1 10, prikupljenih na logičkim elementima DD3.1, DD3.2, sklop dioda DA3 i C9, R24. Ostatak kruga prijemnika 2 je isti kao krug prijemnika 1.

Žičani sistemi za prenos podataka imaju konkurenta - laser. Laserskim snopom može se prenijeti do 10 Gbita informacija u sekundi: takva brzina je nemoguća u radio komunikacijskim mrežama. Laserska komunikacija je potpuno bezopasna za ljude i ima mnoge druge prednosti. Istina, laserski zrak se ne može probiti kroz maglu.

Laserska komunikacija ima svoju nišu - koristi se na kratkim udaljenostima na mjestima gdje je teško položiti kabel. Operateri laserske komunikacije ne moraju dobiti dozvolu za uvoz opreme i korištenje frekvencija.

Svetlo u prozoru

U Moskvi i Sankt Peterburgu, svi poslovni centri su podijeljeni između različitih telekom operatera. Ako, na primjer, zgradu opslužuje Sovintel, onda je Comstaru izuzetno teško postaviti liniju do ovog poslovnog kompleksa (samo u vrlo rijetkim slučajevima jednu zgradu opslužuju dva telekom operatera). Istovremeno, vlasnici kancelarijskih kompleksa po pravilu ne dozvoljavaju postavljanje radio sistema na krovove njihovih kuća za komunikaciju sa drugim operaterima. Laserska komunikacija pomaže u prevazilaženju ovih poteškoća. U kancelariji možete instalirati bežični optički uređaj koji će usmjeriti zrak kroz prozor do najbližeg repetitora "svog" telekom operatera i prenositi informacije duž tog snopa. Ovo omogućava korisnicima da bez skupe usluge koju nameće iznajmljivač, te samostalno uspostave povoljniju i jeftiniju vezu. Prilikom promjene ureda, oprema se može demontirati i prenijeti na novu lokaciju.

Laser takođe može da reši probleme velikih preduzeća. Uspostavljanje veze između ureda i proizvodnih mjesta je problematično. U uslovima gustog urbanog razvoja, veoma je teško položiti kabl preko teritorije fabrike i susednih ulica. Ali čak i ako je kabl položen, to ne znači da su svi problemi gotovi. Komunalne službe povremeno otvaraju asfalt za popravku gradskih komunikacija, često sekući položene kablove. Nadzemni kablovi su često žrtve kranova i olujnih vjetrova. Bager se ne boji laserskog zraka. Osim toga, svjetlosni snop se ne može ukrasti i prodati kao staro željezo, tako da laserska komunikacija nije opasna za lopove koji love iskopavajući kablove iz zemlje.

Da, i prisluškivanje laserskih sistema je veoma komplikovana stvar. Ako se neovlašteni prijemni uređaj postavi na putanju zraka, tada će se veza trenutno prekinuti. Takođe je nemoguće postaviti prislušne uređaje blizu prijemnika i predajnika: oni će biti vidljivi golim okom.

Pokušaji da se izgrade bežične komunikacije pomoću laserskog snopa napravljeni su u Moskvi još kasnih 1960-ih. Predajnici su postavljeni u zgradi Moskovskog državnog univerziteta na brdima Lenjin i u jednoj od kuća na Zubovskoj trgu, nedaleko od stanice metroa Park Kulturi. Instalacija veličine prostorije uspješno je prenosila signal, ali samo po vedrom vremenu. Stručnjaci su zaključili da je ovisnost o stanju atmosfere prevelika. Komunikacija pomoću infracrvenog snopa prepoznata je kao beznadežan pravac, a istraživanja su obustavljena na 20 godina. Ova pauza je skupo koštala rusku nauku. Krajem 1980-ih, sovjetski istraživači su se vratili na temu, ali nisu imali vremena da svoje testove dovedu do komercijalnih uzoraka. Zapadni konkurenti su to učinili umjesto njih.

Sistemi za prenos podataka koji koriste infracrveni snop pojavili su se na svetskom tržištu početkom 1990-ih. Jedan od pionira bio je Kanađanin A.T. Schindler. Nakon nje, Jolt i SilCom su donijeli svoj razvoj. Krajem 1990-ih, PAV Data Systems je postao lider među proizvođačima opreme za lasersku komunikaciju na Zapadu, a pioniri SilComa i A.T. Schindlera morali su malo napraviti mjesta. Osim toga, američko-njemački Lightpointe Communications (ranije Eagle Optoelectronics), American Astroterra, LSA Photonics, Lucent Technologies imaju svoje razvoje u oblasti laserske komunikacije.

Kiša i magla

U početku su strani sistemi omogućavali prenos podataka na udaljenosti do 500 m i opsluživali lokalne mreže podataka. U kasnim 1990-im pojavili su se sistemi nove generacije - pouzdaniji i "dugog dometa", koji su omogućili opsluživanje mreža gradskih razmjera.

Na udaljenostima do 1600 m sistemi rade savršeno. Međutim, kada se podaci prenose na veću udaljenost, kvaliteta komunikacije se smanjuje. Osim toga, laserski sistemi se nisu oslobodili ovisnosti o vremenskim prilikama. Najgora prepreka laserskoj komunikaciji je magla.

Zauzvrat, radio-relejni sistemi "padaju" tokom kiše. S tim u vezi, programeri predlažu izgradnju visoko pouzdanih komunikacijskih kanala zasnovanih na dvije linije, od kojih jedna prenosi informacije putem radija, a druga putem laserskog zraka. Shodno tome, jedan "pada" na kiši, a drugi - u magli. „Ako trebate da dobijete kanal visoke pouzdanosti na udaljenosti do 3 km, onda je ovo idealna opcija“, kaže Aleksandar Klokov, tehnički direktor predstavništva američkog MicroMaxa, distributera i integratora bežičnih optičkih sistema. .

Postoje i druge prirodne barijere. Na primjer, kažu da jedna od mobilnih kompanija još uvijek razmišlja o tome kako se nositi sa drvetom koje je izraslo na putu laserskog zraka - ili ga posjeći, ili preurediti uređaj ...

Zapadni i ruski proizvođači se ne takmiče jedni s drugima

Izvor : MicroMax Computer Intelligence Inc.

Pljuni u bunar

Transtelecom je cijenio prednosti laserskog snopa. Ova kompanija je imala poteškoća s Rostelecomom i lokalnom Elektrosvyazya: konkurenti koji posjeduju komunikacijsku infrastrukturu ne dozvoljavaju Transtelecomu da ide do kablovskih bunara. Kao rezultat toga, Transtelecom je odustao od bušotina i poveziće korporativne klijente sa svojim okosnicama pomoću laserskog zraka.

Osim toga, mobilni operateri koriste laserski snop kao kanal za prijenos signala. Laser koriste u područjima gdje postoji mnogo smetnji na radiju - na primjer, na aerodromima.

Igor Parfenov, zamjenik tehničkog direktora kompanije Sonic Duo (mreža MegaFon)

rekao je za "Ko" da u moskovskoj mreži "MegaFon" radi više od 10 optičkih sistema. Preduzeće namerava da prati njihov rad tokom 2003. godine i na osnovu rezultata posmatranja donese odluku o preporučljivosti masovne upotrebe ove opreme. Sonic Duo za sada nema pritužbi na rad opreme.

Zauzvrat, Georgij Pavlenko, šef VimpelComove grupe za instalaciju radio relejne opreme, rekao je da njegova kompanija koristi laserske sisteme isključivo za privremeni rad dok ne dobije dozvolu za ugradnju radiorelejne opreme. "U stalnoj osnovi, ove sisteme je najbolje koristiti na udaljenosti do 500 m. Osim magle, prepreka im je i sunčeva svjetlost, pa se moraju postaviti posebni filteri", kaže Pavlenko.

U MTS-u je dopisniku "Ko" rečeno da sada laserski uređaji omogućavaju komunikaciju u delovima čija ukupna dužina ne prelazi 1% ukupne dužine mreže. Najvjerovatnije, laserska komunikacija neće preći ovaj prag. “Optičke mreže su dobre za izgradnju mikromreža, za upotrebu lasera nije potrebna dozvola Državne uprave za nadzor komunikacija. Ali, nažalost, praksa naše kompanije pokazala je da laser i dalje pruža pouzdanu komunikaciju na udaljenosti ne većoj od 500 metara.

U Rusiji opremu za bežičnu komunikaciju zasnovanu na infracrvenom snopu proizvodi Istraživački institut za preciznu instrumentaciju, kompanija Catharsis iz St. i Voronješki institut za komunikacije.

Nijedan od proizvođača, osim Catharsis, nije napredovao dalje od pilot proizvodnje. U Rusiji postoje dobri inženjeri koji kreiraju pravu opremu, ali ne znaju kako da je uopšte prodaju. „Na primjer, najjednostavniji konektor bi trebao biti standardni. I domaći uređaji imaju višepinske konektore. Ovo je, naravno, dobar konektor, ali je pogodniji za projektile“, kaže Aleksandar Klokov. “Instalacija ruskih sistema zahtijeva lemljenje kablova na licu mjesta, ali koji bi razuman operater poslao svoje radnike da leme nešto na krovu?”

Domaći i strani sistemi se još ne takmiče jedni s drugima, jer su u različitim "težinskim kategorijama" (vidi tabelu). Prema rečima Aleksandra Klokova, 2002. godine u Rusiji će biti prodato ukupno oko 400 laserskih komunikacionih sistema.