ارتباط لیزری یکی دیگر از راه های ارتباط بی سیم است. ارتباط لیزری جوی

E. N. Chepusov، S. G. Sharonin

امروزه تصور زندگی ما بدون کامپیوترها و شبکه های مبتنی بر آنها غیرممکن است. بشر در آستانه دنیای جدیدی است که در آن فضای اطلاعاتی واحدی ایجاد خواهد شد. در این دنیا، ارتباطات دیگر توسط مرزهای فیزیکی، زمان یا فاصله محدود نخواهد شد.

اکنون در سراسر جهان تعداد زیادی شبکه وجود دارد که عملکردهای مختلفی را انجام می دهند و بسیاری از مشکلات مختلف را حل می کنند. دیر یا زود، اما همیشه زمانی فرا می رسد که پهنای باند شبکه تمام می شود و باید خطوط ارتباطی جدیدی ایجاد شود. در داخل ساختمان، انجام این کار نسبتاً آسان است، اما در حال حاضر هنگامی که دو ساختمان همسایه به هم متصل می شوند، مشکلات شروع می شود. مجوزهای ویژه، تاییدیه ها، مجوزها برای انجام کار و همچنین تحقق تعدادی از الزامات فنی پیچیده و برآوردن درخواست های مالی قابل توجه از سازمان های مدیریت زمین یا فاضلاب مورد نیاز است. به عنوان یک قاعده، بلافاصله معلوم می شود که کوتاه ترین مسیر بین دو ساختمان یک خط مستقیم نیست. و اصلاً لازم نیست که طول این مسیر با فاصله این ساختمان ها قابل مقایسه باشد.

البته، همه یک راه حل بی سیم مبتنی بر تجهیزات رادیویی مختلف (مودم های رادیویی، خطوط رله رادیویی کم کانال، فرستنده های دیجیتال مایکروویو) را می شناسند. اما پیچیدگی در حال کاهش نیست. هوا بیش از حد اشباع شده است و گرفتن مجوز برای استفاده از تجهیزات رادیویی بسیار دشوار و حتی گاهی غیرممکن است. و توان عملیاتی این تجهیزات به طور قابل توجهی به هزینه آن بستگی دارد.

ما پیشنهاد می کنیم از نوع جدیدی از ارتباطات بی سیم مقرون به صرفه استفاده کنیم که اخیراً ایجاد شده است - ارتباطات لیزری. این فناوری بیشتر در ایالات متحده توسعه یافته است، جایی که توسعه یافته است. ارتباطات لیزری یک راه حل مقرون به صرفه برای مشکل ارتباطات کوتاه برد قابل اعتماد و پرسرعت (1.2 کیلومتر) ارائه می دهد که می تواند هنگام اتصال سیستم های مخابراتی بین ساختمان ها ایجاد شود. استفاده از آن امکان ادغام شبکه های محلی با شبکه های جهانی، ادغام شبکه های محلی از راه دور از یکدیگر و همچنین رفع نیازهای تلفن دیجیتال را فراهم می کند. ارتباطات لیزری از تمام رابط های لازم برای این اهداف - از RS-232 تا ATM پشتیبانی می کند.

ارتباط لیزری چگونه انجام می شود؟

ارتباط لیزری بر خلاف ارتباطات GSM امکان برقراری ارتباط نقطه به نقطه با سرعت انتقال اطلاعات تا 155 مگابیت بر ثانیه را فراهم می کند. در شبکه های کامپیوتری و تلفنی، ارتباطات لیزری تبادل اطلاعات را در حالت تمام دوبلکس تضمین می کند. برای کاربردهایی که به سرعت انتقال بالا نیاز ندارند (مثلاً برای انتقال سیگنال‌های ویدئویی و کنترلی در سیستم‌های تکنولوژیکی و دوربین‌های مداربسته)، یک راه‌حل ویژه مقرون‌به‌صرفه با تبادل نیمه دوبلکس وجود دارد. هنگامی که لازم است نه تنها شبکه های کامپیوتری، بلکه شبکه های تلفن نیز ترکیب شوند، می توان از مدل های دستگاه های لیزری با مالتی پلکسر داخلی برای انتقال همزمان ترافیک LAN و جریان های تلفن چندپخشی دیجیتال (E1 / PCM30) استفاده کرد.

دستگاه های لیزری می توانند هر جریان شبکه ای را که با استفاده از فیبر یا کابل مسی به آنها تحویل داده می شود در جهت جلو و عقب انتقال دهند. فرستنده سیگنال های الکتریکی را به تابش لیزر مدوله شده در محدوده مادون قرمز با طول موج 820 نانومتر و توان تا 40 مگاوات تبدیل می کند. ارتباطات لیزری از جو به عنوان یک رسانه انتشار استفاده می کند. سپس پرتو لیزر وارد گیرنده می شود که حداکثر حساسیت را در محدوده طول موج تابش دارد. گیرنده تابش لیزر را به سیگنال های رابط الکتریکی یا نوری مورد استفاده تبدیل می کند. به این ترتیب ارتباط با استفاده از سیستم های لیزری انجام می شود.

خانواده ها، مدل ها و ویژگی های آنها

در این بخش می خواهیم شما را با سه خانواده از محبوب ترین سیستم های لیزر در ایالات متحده - LOO، OmniBeam 2000 و OmniBeam 4000 (جدول 1) آشنا کنیم. خانواده LOO خانواده پایه است و امکان انتقال داده و صدا تا 1000 متر را فراهم می کند. خانواده OmniBeam 2000 قابلیت های مشابهی دارد، اما در فاصله بیشتر (تا 1200 متر) کار می کند و می تواند تصاویر ویدیویی و ترکیبی از داده ها و گفتار را انتقال دهد. . خانواده OmniBeam 4000 می تواند انتقال داده با سرعت بالا را ارائه دهد: 34 تا 52 مگابیت در ثانیه تا 1200 متر و 100 تا 155 مگابیت در ثانیه تا 1000 متر. خانواده های دیگری از سیستم های لیزر در بازار وجود دارند، اما آنها یا مسافت کوتاه تری را پوشش می دهند یا پروتکل های کمتری را پشتیبانی می کند.

میز 1.

هر یک از خانواده ها شامل مجموعه ای از مدل هایی است که از پروتکل های ارتباطی مختلف پشتیبانی می کنند (جدول 2). خانواده LOO شامل مدل های اقتصادی است که فواصل انتقال تا 200 متر را فراهم می کند (حرف "S" در انتهای نام).

جدول 2.

مزیت بدون شک دستگاه های ارتباطی لیزری سازگاری آنها با اکثر تجهیزات مخابراتی برای اهداف مختلف (هاب ها، روترها، تکرار کننده ها، پل ها، مالتی پلکسرها و مبادلات تلفنی خودکار) است.

نصب و راه اندازی سیستم های لیزری

یک مرحله مهم در ایجاد یک سیستم، نصب آن است. راه اندازی واقعی در مقایسه با نصب و راه اندازی تجهیزات لیزر زمان ناچیزی را می طلبد که اگر توسط متخصصان مجرب و آموزش دیده انجام شود چندین ساعت طول می کشد. در عین حال، کیفیت خود سیستم به کیفیت این عملیات بستگی دارد. بنابراین، قبل از ارائه گزینه‌های گنجاندن معمولی، مایلیم به این موارد توجه کنیم.

هنگامی که فرستنده و گیرنده در فضای باز قرار می گیرد، می توان آن را روی سطح سقف یا دیوار نصب کرد. لیزر بر روی یک تکیه گاه سفت و سخت مخصوص، معمولاً فلزی، نصب می شود که به دیوار ساختمان متصل می شود. پشتیبانی همچنین قابلیت تنظیم زاویه شیب و آزیموت تیر را فراهم می کند.

در این حالت برای سهولت نصب و نگهداری سیستم، اتصال آن از طریق جعبه های اتصال (RK) انجام می شود. به عنوان کابل های اتصال، فیبر نوری معمولا برای مدارهای انتقال داده و کابل مسی برای مدارهای قدرت و کنترل استفاده می شود. اگر تجهیزات دارای رابط داده نوری نباشد، می توان از مدلی با رابط الکتریکی یا مودم نوری خارجی استفاده کرد.

واحد منبع تغذیه (PSU) فرستنده گیرنده همیشه در داخل خانه نصب می شود و می توان آن را روی یک دیوار یا در یک رک که برای تجهیزات LAN یا کابل کشی ساختاری استفاده می شود نصب کرد. یک مانیتور وضعیت همچنین می تواند در نزدیکی نصب شود که برای کنترل از راه دور عملکرد فرستنده گیرنده های خانواده OB2000 و OB4000 خدمت می کند. استفاده از آن امکان تشخیص کانال لیزری، نشان دادن مقدار سیگنال، و همچنین حلقه کردن سیگنال برای بررسی آن را می دهد.

هنگام نصب فرستنده های لیزری در داخل، باید به خاطر داشت که قدرت تابش لیزر هنگام عبور از شیشه کاهش می یابد (حداقل 4٪ در هر شیشه). مشکل دیگر این است که هنگام بارندگی قطرات آب از بیرون شیشه سرازیر می شوند. آنها نقش عدسی را بازی می کنند و می توانند منجر به پراکندگی پرتو شوند. برای کاهش این اثر، نصب تجهیزات نزدیک به بالای شیشه توصیه می شود.

برای اطمینان از ارتباط با کیفیت بالا، لازم است برخی از الزامات اساسی را در نظر بگیرید.

مهمترین آنها که بدون آن ارتباط غیرممکن خواهد بود، این است که ساختمان ها باید در محدوده دید قرار داشته باشند، در حالی که نباید هیچ گونه مانع مات در مسیر تیر وجود داشته باشد. علاوه بر این، از آنجایی که قطر پرتو لیزر در ناحیه گیرنده 2 متر است، لازم است فرستنده و گیرنده بالاتر از عابران پیاده باشد و در ارتفاع حداقل 5 متری تردد کنند که این امر به دلیل رعایت مقررات ایمنی است. حمل و نقل همچنین منبع گازها و گرد و غبار است که بر قابلیت اطمینان و کیفیت انتقال تأثیر می گذارد. پرتو نباید در مجاورت خطوط برق منتشر شود یا از آنها عبور کند. لازم است رشد احتمالی درختان، حرکت تاج آنها در هنگام وزش باد و همچنین تأثیر بارش و نقص احتمالی ناشی از پرواز پرندگان در نظر گرفته شود.

انتخاب صحیح فرستنده گیرنده عملکرد پایدار کانال را در کل محدوده شرایط آب و هوایی روسیه تضمین می کند. به عنوان مثال، با قطر پرتو بزرگ، احتمال خرابی های مرتبط با بارش کاهش می یابد.

تجهیزات لیزری منبع تابش الکترومغناطیسی (EMR) نیستند. با این حال، اگر در نزدیکی دستگاه های دارای EMI قرار گیرد، تجهیزات الکترونیکی لیزر این تشعشع را دریافت می کند که می تواند باعث تغییر در سیگنال در گیرنده و فرستنده شود. این بر کیفیت ارتباط تأثیر می گذارد، بنابراین توصیه نمی شود تجهیزات لیزر را در نزدیکی منابع EMI مانند ایستگاه های رادیویی قدرتمند، آنتن ها و غیره قرار دهید.

هنگام نصب لیزر، بهتر است از جهت گیری فرستنده های لیزری در جهت شرقی-غربی خودداری شود، زیرا چندین روز در سال اشعه خورشید می تواند تابش لیزر را برای چند دقیقه مسدود کند و حتی با فیلترهای نوری خاص، انتقال غیرممکن می شود. در گیرنده با دانستن اینکه خورشید در یک منطقه خاص چگونه در آسمان حرکت می کند، می توانید به راحتی این مشکل را حل کنید.

لرزش می تواند باعث جابجایی گیرنده لیزری شود. برای جلوگیری از این امر، نصب سیستم های لیزر در نزدیکی موتور، کمپرسور و غیره توصیه نمی شود.

شکل 1. قرار دادن و اتصال فرستنده های لیزری.

چندین روش معمولی برای روشن کردن

ارتباط لیزری به حل مشکل ارتباط کوتاه برد در اتصال نقطه به نقطه کمک می کند. به عنوان مثال، چندین گزینه یا روش معمولی را در نظر بگیرید. بنابراین، شما یک دفتر مرکزی (CO) و یک شعبه (F) دارید که هر کدام دارای یک شبکه کامپیوتری هستند.

شکل 2 گونه ای از سازماندهی یک کانال ارتباطی را برای موردی نشان می دهد که در آن لازم است F و CO ترکیب شود، با استفاده از اترنت به عنوان پروتکل شبکه، و کابل کواکسیال (ضخیم یا نازک) به عنوان رسانه فیزیکی. CO میزبان سرور LAN است و رایانه شخصی میزبان رایانه هایی است که باید به این سرور متصل شوند. با کمک سیستم های لیزری، به عنوان مثال مدل های LOO-28/LOO-28S یا OB2000E می توانید این مشکل را به راحتی حل کنید. پل در CO نصب شده است و تکرار کننده در F. اگر پل یا تکرار کننده یک رابط نوری داشته باشد، پس نیازی به مینی مودم نوری نیست. فرستنده های لیزری از طریق فیبر نوری دوگانه متصل می شوند. مدل LOO-28S به شما امکان می دهد تا در فاصله 213 متری و LOO-28 - تا 1000 متر با زاویه دریافت "مطمئن" 3 mrad ارتباط برقرار کنید. مدل OB2000E مسافتی تا 1200 متر را با زاویه دریافت "خوب" 5 mrad پوشش می دهد. تمامی این مدل ها در حالت فول دوبلکس کار می کنند و سرعت انتقال 10 مگابیت بر ثانیه را ارائه می دهند.

شکل 2. اتصال یک بخش شبکه اترنت راه دور بر اساس کابل کواکسیال.

یک گزینه مشابه برای ترکیب دو شبکه اترنت با استفاده از یک جفت پیچ خورده (10BaseT) به عنوان یک رسانه فیزیکی در شکل 3 نشان داده شده است. کانکتورها و یک AUI یا FOIRL برای اتصال گیرنده های لیزری. در این مورد، نصب یک فرستنده گیرنده لیزری LOO-38 یا LOO-38S ضروری است که سرعت انتقال مورد نیاز را در حالت دوبلکس کامل فراهم می کند. مدل LOO-38 می تواند تا 1000 متر و LOO-38S تا 213 متر ارتباط برقرار کند.

شکل 3. اتصال یک بخش شبکه اترنت جفت تابیده از راه دور.

شکل 4 یک نوع انتقال داده ترکیبی بین دو شبکه محلی (اترنت) و جریان دیجیتال چندپخشی E1 (PCM30) بین دو PBX (در CO و F) را نشان می دهد. برای حل این مشکل مدل OB2846 مناسب است که انتقال داده و صدا را با سرعت 12 (10 + 2) مگابیت بر ثانیه تا مسافت 1200 متری کابل کواکسیال 75 اهم از طریق کانکتور BNC فراهم می کند. لازم به ذکر است که مالتی پلکس شدن جریان های داده و گفتار نیازی به تجهیزات اضافی ندارد و توسط فرستنده گیرنده ها بدون کاهش توان عملیاتی هر یک به طور جداگانه انجام می شود.

شکل 4. یکسان سازی شبکه های کامپیوتری و تلفنی.

تجسمی از انتقال داده با سرعت بالا بین دو شبکه LAN (LAN "A" در CO و LAN "B" در F) با استفاده از سوئیچ های ATM و فرستنده گیرنده لیزری در شکل 5 نشان داده شده است. مدل OB4000 این مشکل را حل می کند سرعت ارتباطات کوتاه برد به روشی بهینه شما قادر خواهید بود جریان های E3، OS1، SONET1 و ATM52 را با سرعت های مورد نیاز در فاصله تا 1200 متر و 100 Base-VG یا VG ANYLAN (802.12)، 100 Base-FX یا Fast Ethernet (802.3) انتقال دهید. FDDI، TAXI 100/ 140، OC3، SONET3 و ATM155 با سرعت های مورد نیاز تا 1000 متر داده های ارسالی با استفاده از یک فیبر نوری دوگانه استاندارد که از طریق یک کانکتور SMA متصل شده است، به فرستنده گیرنده لیزری تحویل داده می شود.

شکل 5. تجمع شبکه های مخابراتی پرسرعت.

مثال های ارائه شده تمام کاربردهای احتمالی تجهیزات لیزر را کامل نمی کند.

چه چیزی سودآورتر است؟

بیایید سعی کنیم جایگاه ارتباط لیزری را در میان راه حل های سیمی و بی سیم دیگر مشخص کنیم و به طور خلاصه مزایا و معایب آنها را ارزیابی کنیم (جدول 3).

جدول 3

این هفته نتایج نوعی ارتباط لیزری قمری مشخص شد. این آزمایش بیش از 30 روز در شرایط سخت به دلیل گرد و غبار ماه انجام شد. یک هادی ویژه کار می کرد که در حال حاضر در مدار ماه است. این آزمایش نشان داد که سیستم ارتباطی با وجود مسافت کاملاً فعال است. همچنین مانند هر سیگنال رادیویی ناسا با موفقیت ارتباط برقرار می کند.

این فناوری استفاده عملی از لیزرهای باند پهن را برای اتصال و ارتباط نشان می دهد. این اتصال، یا بهتر است بگوییم بارگذاری آن، بسیار سریعتر از یک اتصال رادیویی مشابه انجام می شود. این روش به شما امکان می دهد سیگنالی را روی زمین با سرعت 622 مگابیت بر ثانیه دریافت کنید و از 20 مگابیت بر ثانیه ارسال کنید. این سرعت در 20 اکتبر ثبت شده است. با استفاده از پرتو لیزر پالسی از ماه به زمین منتقل شد. این سیگنال توسط ایستگاهی در نیومکزیکو دریافت شد که بخشی از عملیات مشترک بین ایالات متحده و اسپانیا است.

لیزرها مزیت زیادی نسبت به سیگنال های رادیویی دارند. آنها کسانی هستند که بالاترین توان را دارند. مهم انتقال داده ها توسط یک پرتو منسجم خاص است. این به مصرف انرژی کمتر در هنگام ارسال سیگنال در فواصل طولانی کمک می کند.

محققان ناسا می گویند این برنامه آزمایشی موفقیت بزرگی بود. آنها انتظار چنین نتایجی را نداشتند. پیام لیزر حتی در سخت ترین شرایط دریافت و به مدار بازگردانده شد. این نظریه را تأیید می کند که بدون توجه به تداخل، سیگنال به زمین خواهد آمد. نه غبار کیهانی و نه فاصله، مانعی برای سیگنال لیزر نیستند. حتی در مواقعی که لایه اتمسفر افزایش می یافت، انتقال سیگنال بدون مشکل انجام می شد که نشان دهنده کارایی این دستگاه است. زمانی که حتی ابرها به مانعی برای انتقال سیگنال تبدیل نمی شدند، هیچ اثری از بی اعتمادی در میان شکاکان ناسا وجود نداشت.

با کمال تعجب، هیچ خطایی در سیگنال وجود نداشت. این روش شبیه به صحبت کردن با تلفن همراه است. علاوه بر این، بدون دخالت انسان کار می کند. این سیستم حتی قادر است زمانی که سیگنالی از ایستگاه های زمینی برای مدت طولانی وجود ندارد قفل شود.

ناسا این هفته نتایج نمایشگر فناوری ارتباطات لیزری فضایی (LLCD) نصب شده بر روی کاوشگر اتمسفر ماه و محیط گرد و غبار (یا LADEE) را منتشر کرد که در سپتامبر امسال پرتاب شد و در حال حاضر در حال چرخش ماهواره طبیعی ما است. به گفته آژانس فضایی، سیستم LLCD کارایی بسیار بالایی در انتقال داده در مسافتی در حدود 400000 کیلومتر نشان داده است و در حال حاضر قادر است مانند فرستنده های رادیویی معمولی، و شاید حتی بهتر از آن، کار کند.

برای کسانی که نمی دانند، ماموریت LLCD نشان دادن کاربرد عملی لیزر است. برای ارسال پیام بین اشیابسیار دور از هم و بسیار سریعتر از آنچه فرستنده های رادیویی استاندارد می توانند ارائه دهند. LLCD با نشان دادن توانایی انتقال داده به زمین با سرعت 622 مگابیت بر ثانیه و دریافت با سرعت 20 مگابیت بر ثانیه، رکورد سرعت داده در مدار ماه را در 20 اکتبر ثبت کرد. داده های ارسال شده توسط پرتو لیزر توسط ایستگاه اصلی زمینی LLCD واقع در نیومکزیکو دریافت شد. سه ایستگاه از این دست در جهان وجود دارد. دو مورد باقی مانده در اسپانیا و ایالات متحده آمریکا واقع شده اند.

مهم ترین مزایای لیزرفرستنده‌های رادیویی در این واقعیت نهفته است که پهنای باند بسیار بالاتری را ارائه می‌دهند و علاوه بر این، توانایی انتقال اطلاعات با پرتوهای کوتاه‌مدت لیزر را دارند که در آینده هزینه کلی مصرف انرژی هنگام انتقال اطلاعات در فواصل طولانی را کاهش می‌دهد.

ناسا خاطرنشان می کند که سیستم LLCD در طول حالت آزمایشی 30 روزه حتی بهتر از آنچه از آن انتظار می رود عمل می کند. لیزر بدون مشکل در نور روز و حتی زمانی که زاویه انحراف ماه نسبت به خورشید چهار درجه بود، پیام ها را به ایستگاه های زمینی ارسال می کرد. این سیستم همچنین در زمانی که ماه در افق بسیار پایین بود بدون هیچ خطایی کار می کرد، بنابراین لیزر را مجبور به عبور از لایه های متراکم تر جو و با برخی اثرات تلاطم کرد. اخترشناسان نیز از این که فهمیدند ابرهای سیروس سبک برای لیزر مشکلی ندارند شگفت زده شدند.

علاوه بر بررسی خطا، LLCD توانایی تغییر از یک ایستگاه زمینی به ایستگاه دیگر را نشان داده است که توانایی قفل کردن روی یک ایستگاه خاص را بدون نیاز به سیگنال رادیویی نشان می دهد.

دان کورنول، مدیر پروژه LLCD می گوید: «ما LADEE را طوری برنامه ریزی کردیم که به طور خودکار سیستم LLCD را فعال کرده و به نقطه درست هدایت کند تا سیگنال لیزری را به زمین ارسال کند، بدون نیاز به سیگنال های رادیویی که قبلاً با تیم به کاوشگر ارسال شده بود. مرکز پرواز فضایی گدارد
موفقیت این ماموریت به ما این امکان را می دهد که به امکان استفاده از چنین سیستم هایی به عنوان سیستم های ارتباطی اصلی برای ماموریت های آتی ناسا خوش بین باشیم.
ناسا نه تنها به موفقیت در انتقال سیگنال، بلکه سرعت بالای انتقال اطلاعات از کاوشگر به زمین اشاره می کند. تمام داده های جمع آوری شده در این مدت (و این، برای یک دقیقه، گیگابایت اطلاعات) در کمتر از پنج دقیقه به زمین منتقل شد. معمولا چند روز طول می کشد تا این مقدار داده منتقل شود.

آژانس می گوید ماموریت LLCD تکمیل شده است و مرحله بعدی آزمایش، بررسی سیستم ماهواره نمایش رله ارتباطات لیزری (LRCD) خواهد بود که قرار است در سال 2017 پرتاب شود. در هسته خود، این سیستم یک نسخه ارتقا یافته از LLCD خواهد بود که قادر به انتقال داده ها با سرعت 2880 گیگابیت بر ثانیه از مدار زمین ثابت است و بخشی از یک برنامه آزمایشی پنج ساله برای سیستم های ارتباطی نسل بعدی خواهد بود.

مزایای کانال لیزر نسبت به کانال رادیویی این است که اولاً تداخل رادیویی ایجاد نمی کند. ثانیاً محرمانه تر است. ثالثاً، می توان از آن در شرایط قرار گرفتن در معرض سطح بالایی از تابش الکترومغناطیسی استفاده کرد.

نمودار شماتیک فرستنده در شکل 1 نشان داده شده است. فرستنده شامل یک رمزگذار فرمان مبتنی بر میکروکنترلر ATtiny2313 (DD1)، یک واحد خروجی مبتنی بر ترانزیستورهای BC847V (VT1، VT2) و یک رابط RS-232 است که به نوبه خود از یک کانکتور DB9-F (روی کابل) تشکیل شده است. ) (XP1) و یک مبدل سطح در MAX3232 (DD3).

مدار تنظیم مجدد میکروکنترلر از عناصر DD2 (CD4011B)، R2، C7 تشکیل شده است. واحد خروجی یک کلید الکترونیکی ساخته شده بر روی ترانزیستور VT1 است که در مدار جمع کننده آن یک اشاره گر لیزری از طریق یک محدود کننده جریان روی ترانزیستور VT2 متصل می شود. فرستنده توسط یک ولتاژ ثابت ثابت 9 - 12 ولت تغذیه می شود. ریز مدارهای DD1، DD2، DD3 با ولتاژ 5 ولت تغذیه می شوند که توسط تثبیت کننده 78L05 (DA1) تعیین می شود.

کنترلر DD1 در محیط BASCOM برنامه ریزی شده است، که به آن اجازه می دهد تا دستورات را از یک رایانه شخصی (PC) از طریق رابط RS-232، از ترمینال Bascom با استفاده از عملکرد "echo" ارسال کند.

میکروکنترلر دارای فرکانس ساعت 4 مگاهرتز از یک نوسانگر داخلی است. بسته های پالس با فرکانس حدود 1.3 کیلوهرتز از خروجی OS0A (PB2) به واحد خروجی تغذیه می شود. تعداد پالس ها در یک بسته با تعداد فرمان دریافتی از رایانه شخصی تعیین می شود.
برای وارد کردن یک فرمان، باید هر کلیدی را روی صفحه کلید کامپیوتر فشار دهید، سپس با ظاهر شدن عبارت "Write command" و "Enter No. 1 ... 8" عددی از 1 تا 8 را وارد کرده و کلید "Enter" را فشار دهید. .

برنامه میکروکنترلر فرستنده "TXlaser" از حلقه اصلی (DO ... LOOP) و دو زیرروال مدیریت وقفه تشکیل شده است: در دریافت (Urxc) و در سرریز تایمر 0 (Timer0).

برای به دست آوردن فرکانس خروجی 1.3 کیلوهرتز، تایمر با ضریب تقسیم فرکانس (Prescale) = 1024 پیکربندی شده است. 255. یک وقفه سرریز تایمر در هنگام پردازش رخ می دهد که خروجی PB2 سوئیچ می شود، و تایمر دوباره روی مقدار Z = 253 تنظیم می شود. بنابراین، سیگنالی با فرکانس 1.3 کیلوهرتز در خروجی PB2 ظاهر می شود (شکل 2 را ببینید). ). در همین زیربرنامه تعداد پالس های PB2 با مقدار مشخص شده مقایسه می شود و در صورت مساوی بودن تایمر متوقف می شود.

در کنترل کننده وقفه دریافت، تعداد پالس هایی که باید ارسال شوند تنظیم شده است (1 - 8). اگر این عدد بیشتر از 8 باشد، پیغام ERROR برای ترمینال صادر می شود.

در حین کار زیر روال، سطح پایینی در خروجی PD6 وجود دارد (LED HL1 خاموش است) و تایمر متوقف می شود.
در حلقه اصلی، پایه PD6 بالا است و LED HL1 روشن است.
متن برنامه TXlaser:

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

پیکربندی Pind.0 = ورودی "UART - RxD
پیکربندی Portd.1 = خروجی "UART - TxD
پیکربندی Portd.6 = خروجی "LED HL1
پیکربندی Portb.2 = خروجی "Oc0A

"Timer config0-division ratio=1024:
پیکربندی تایمر 0 = تایمر، پیش مقیاس = 1024
Stop Timer0 "توقف تایمر

کم نور N به عنوان بایت "تعریف متغیرها"
کم نور N0 به عنوان بایت

Const Z \u003d 253 اینچ حد پایین تعداد تایمر برای فرکانس خروجی \u003d 1.3 کیلوهرتز
تایمر 0=Z

در Urxc Rxd "روال وقفه را دریافت کنید
در Timer0 Pulse "روال وقفه سرریز

Urxc را فعال کنید
Timer0 را فعال کنید

"حلقه اصلی را انجام دهید
Portd.6 را تنظیم کنید تا LED HL1 را روشن کنید
حلقه

Rxd: "روال رسیدگی به وقفه را دریافت کنید
توقف تایمر 0
M1:
چاپ "دستور نوشتن"
ورودی "شماره 1...8:" , N0 "ورودی فرمان را وارد کنید
اگر N0 > 8 سپس "فرمان محدودیت تعداد
چاپ "خطا"
برو M1
پایان اگر
N0 = N0 * 2
مقدار N0 \u003d N0 - 1 اینچ برای تعداد پالس ها در یک انفجار تنظیم کنید
Portb.2 را تغییر دهید
شروع تایمر0 "شروع تایمر
برگشت

نبض: «روال سقط سرریز
توقف تایمر 0
Portb.2 را تغییر دهید
بازنشانی Portd.6 "LED را خاموش کنید
تایمر 0=Z
N \u003d N + 1 "افزایش تعداد پالس ها
اگر N = N0 سپس "اگر تعداد پالس ها = داده شده است
N=0
N0 = 0
500 اینچ تاخیر 0.5 ثانیه صبر می کند
دیگر
تایمر 0 را شروع کنید وگرنه به شمارش ادامه دهید
پایان اگر
برگشت
پایان "پایان برنامه

فرستنده بر روی یک برد مدار چاپی با ابعاد 46x62 میلی متر ساخته شده است (شکل 3 را ببینید). همه عناصر به جز میکروکنترلر از نوع SMD هستند. میکروکنترلر ATtiny2313 در پکیج DIP استفاده می شود. توصیه می شود آن را در پانل ریز مدارهای DIP TRS (SCS) - 20 قرار دهید تا بتوانید "بدون درد" را مجددا برنامه ریزی کنید.

برد مدار چاپی فرستنده TXD.PCB در پوشه "FILE PCAD" قرار دارد.
نمودار شماتیک گیرنده کانال لیزری در شکل 4 نشان داده شده است. در ورودی اولین تقویت کننده DA3.1 (LM358N)، یک فیلتر فرکانس پایین که توسط عناصر CE3، R8، R9 تشکیل شده و دارای فرکانس قطع 1 کیلوهرتز است، صدای پس زمینه 50 تا 100 کیلوهرتز را از وسایل روشنایی کاهش می دهد. تقویت کننده های DA3.2 و DA4.2 باعث تقویت و افزایش مدت زمان پالس های سیگنال مفید دریافتی می شوند. مقایسه کننده در DA4.1 یک سیگنال خروجی (یک) تولید می کند که از طریق اینورترهای تراشه CD4011D (DD2) - DD2.1، DD2 تغذیه می شود. سیگنال به طور همزمان به مخاطبین میکروکنترلر ATtiny2313 (DD1) - T0 (PB4) و PB3 می رسد. بنابراین Timer0 که در حالت شمارش پالس خارجی کار می کند و Timer1 که زمان این شمارش را اندازه گیری می کند به طور همزمان شروع می شوند. کنترلر DD1 که عملکرد رمزگشا را انجام می دهد، دستورات دریافتی 1 ... 8 را با تنظیم log.1 روی پین های PORTB به ترتیب РВ0 ... РВ7 نمایش می دهد، در حالی که رسیدن دستور بعدی دستور قبلی را بازنشانی می کند. . هنگامی که فرمان "8" به PB7 می رسد، log.1 ظاهر می شود، که با استفاده از یک کلید الکترونیکی در ترانزیستور VT1، رله K1 را روشن می کند.

گیرنده با ولتاژ ثابت 9-12 ولت تغذیه می شود. قطعات آنالوگ و دیجیتال توسط ولتاژهای 5 ولت تغذیه می شوند که توسط تثبیت کننده های 78L05 DA5 و DA2 تعیین می شوند.

در برنامه RXlaser، Timer0 به عنوان شمارنده پالس های خارجی، و Timer1 به عنوان یک تایمر پیکربندی شده است که دوره گذر حداکثر تعداد ممکن پالس را شمارش می کند (فرمان 8).

در حلقه اصلی (DO…LOOP) تایمر 1 با دریافت اولین پالس فرمان (K=0) روشن می شود، شرط فعال کننده تایمر Z=1 بازنشانی می شود.
در روال سرویس وقفه، زمانی که شمارش Timer1 با مقدار حداکثر تعداد ممکن مطابقت داشته باشد، شماره دستورالعمل خوانده شده و روی PORTB تنظیم می شود. شرط اجازه گنجاندن Timer1-Z=0 نیز تنظیم شده است.
متن برنامه RXlaser:

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

Ddrb = 255 "PORTB - همه خروجی ها
portb = 0
Ddrd = 0 اینچ ورودی PORTD
Portd = 255 اینچ کشش PORTD
پیکربندی تایمر 0 = شمارنده، پیش مقیاس = 1، لبه = سقوط به عنوان شمارنده پالس
پیکربندی تایمر 1 = تایمر، پیش مقیاس = 1024، پاک کردن تایمر = 1 اینچ به عنوان تایمر
توقف تایمر 1
تایمر 1 = 0
شمارنده 0 = 0

"تعریف متغیرها:
Dim X به عنوان بایت
کم رنگ کردن کام به عنوان بایت
کم رنگ Z به عنوان بیت
کم نور K به عنوان بیت

X=80
Compare1a = X "تعداد پالس در ثبت تطابق
Z = 0

در Compare1a Pulse "روال روال را به طور تصادفی قطع می کند

Enable Interrupts "enable interrupts
Compare1a را فعال کنید

"حلقه اصلی را انجام دهید
اگر Z = 0، اولین شرط برای فعال کردن تایمر است
K=Portd.3
اگر K = 0 سپس "شرط دوم برای فعال کردن تایمر
تایمر 1 را شروع کنید
Z = 1
پایان اگر
پایان اگر
حلقه

نبض: "بر اساس تصادف، زیر برنامه را قطع کنید
توقف تایمر 1
Comm = Counter0 "خواندن از شمارنده پالس های خارجی
Comm = Comm - 1 "تعیین عدد بیت در پورت
Portb = 0 اینچ پورت صفر
Portb.comm "بیت مربوط به شماره فرمان را تنظیم کنید
Z = 0
شمارنده 0 = 0
تایمر 1 = 0
برگشت
پایان "پایان برنامه

برنامه های "TXlaser" و "RXlaser" در پوشه Lazer_prog قرار دارند.

گیرنده بر روی تخته ای به ابعاد 46x62 میلی متر قرار دارد (شکل 5 را ببینید). تمامی قطعات از نوع SMD هستند به استثنای میکروکنترلر که باید در پنل تراشه DIP نوع 20 TRS (SCS) قرار گیرد.

تنظیم گیرنده به تنظیم ضریب انتقال انتها به انتها و آستانه مقایسه کننده خلاصه می شود. برای حل مشکل اول، لازم است یک اسیلوسکوپ را به پایه 7 DA4.2 متصل کنید و با انتخاب مقدار R18، ضریب انتقال عبوری را تنظیم کنید که حداکثر دامنه انتشار نویز مشاهده شده روی صفحه نمایش از آن تجاوز نکند. 100 میلی ولت سپس اسیلوسکوپ به پایه 1 DA4.1 سوئیچ می کند و با انتخاب یک مقاومت (R21) سطح صفر مقایسه کننده تنظیم می شود. با روشن کردن فرستنده و هدایت پرتو لیزر به دیود نوری، باید مطمئن شوید که پالس های مستطیلی در خروجی مقایسه کننده ظاهر می شوند.
برد مدار چاپی گیرنده RXD.PCB نیز در پوشه FILE PCAD قرار دارد.

با تعدیل سیگنال با فرکانس فرکانس فرکانس 30 - 36 کیلوهرتز، می توان ایمنی کانال لیزر را افزایش داد. مدولاسیون انفجار پالس ها در فرستنده اتفاق می افتد، در حالی که گیرنده حاوی یک فیلتر باند گذر و یک آشکارساز دامنه است.

طرح چنین فرستنده ای (فرستنده 2) در شکل 6 نشان داده شده است. برخلاف فرستنده 1 که در بالا مورد بحث قرار گرفت، فرستنده 2 دارای یک ژنراتور حامل فرعی است که روی فرکانس 30 کیلوهرتز تنظیم شده و روی شکاف های DD2.1، DD2.4 مونتاژ شده است. ژنراتور مدولاسیون انفجارهای پالس های مثبت را فراهم می کند.

گیرنده کانال لیزری با فرکانس فرکانس حامل (گیرنده 2) روی یک تراشه خانگی K1056UP1 (DA1) مونتاژ شده است. مدار گیرنده در شکل 7 نشان داده شده است. برای جداسازی پالس های فرمان، یک آشکارساز دامنه با یک فیلتر فرکانس پایین و یک نرمال کننده پالس به خروجی ریزمدار DA1 10 متصل می شود که روی عناصر منطقی DD3.1، DD3.2، مجموعه دیود DA3 و C9، R24 جمع آوری شده است. بقیه مدار گیرنده 2 مانند مدار گیرنده 1 است.

سیستم های انتقال داده های سیمی یک رقیب دارند - یک لیزر. تا 10 گیگابیت در ثانیه اطلاعات را می توان از طریق پرتو لیزر منتقل کرد: چنین سرعتی در شبکه های ارتباطی رادیویی غیرممکن است. ارتباط لیزری برای انسان کاملا بی ضرر است و مزایای بسیار دیگری نیز دارد. درست است، پرتو لیزر نمی تواند از مه عبور کند.

ارتباط لیزری طاقچه خاص خود را دارد - در فواصل کوتاه در مکان هایی که کابل کشی دشوار است استفاده می شود. اپراتورهای ارتباط لیزری برای واردات تجهیزات و استفاده از فرکانس ها نیازی به دریافت مجوز ندارند.

نور در پنجره

در مسکو و سن پترزبورگ، تمام مراکز اداری بین اپراتورهای مخابراتی مختلف تقسیم شده است. به عنوان مثال، اگر ساختمان توسط Sovintel سرویس دهی شود، پس نصب خط به این مجموعه اداری برای Comstar بسیار دشوار است (تنها در موارد بسیار نادر، یک ساختمان توسط دو اپراتور مخابراتی سرویس دهی می شود). در عین حال، صاحبان مجتمع های اداری، به عنوان یک قاعده، اجازه نصب سیستم های رادیویی در پشت بام خانه های خود را برای ارتباط با اپراتورهای دیگر نمی دهند. ارتباط لیزری به غلبه بر این مشکلات کمک می کند. در دفتر می توانید یک دستگاه نوری بی سیم نصب کنید که پرتو را از طریق پنجره به نزدیکترین تکرار کننده اپراتور مخابراتی "خود" هدایت می کند و اطلاعات را در طول این پرتو منتقل می کند. این به کاربران امکان می دهد بدون خدمات گران قیمت تحمیل شده توسط صاحبخانه انجام دهند و به طور مستقل یک اتصال راحت تر و ارزان تر برقرار کنند. هنگام تغییر دفاتر، تجهیزات را می توان جدا کرد و به مکان جدید منتقل کرد.

لیزر همچنین می تواند مشکلات شرکت های بزرگ را حل کند. ایجاد ارتباط بین دفتر و سایت های تولیدی مشکل ساز است. در شرایط توسعه شهری متراکم، کابل کشی در سراسر قلمرو کارخانه و خیابان های مجاور بسیار دشوار است. اما حتی اگر کابل گذاشته شود، این بدان معنا نیست که تمام مشکلات تمام شده است. شرکت‌های برق هرازگاهی آسفالت را برای تعمیر ارتباطات شهری باز می‌کنند و اغلب کابل‌های گذاشته شده را قطع می‌کنند. کابل های سقفی اغلب قربانی جرثقیل ها و بادهای طوفانی می شوند. بیل مکانیکی از پرتو لیزر نمی ترسد. علاوه بر این، پرتو نور را نمی توان به سرقت برد و به عنوان ضایعات فلزی غیر آهنی فروخت، بنابراین ارتباطات لیزری برای سارقانی که با کندن کابل ها از زمین شکار می کنند، خطرناک نیست.

بله، و شنود سیستم های لیزری یک موضوع بسیار پیچیده است. اگر یک دستگاه گیرنده غیرمجاز در مسیر پرتو قرار گیرد، اتصال فورا قطع می شود. همچنین قرار دادن دستگاه های شنود در نزدیکی گیرنده و فرستنده غیرممکن است: آنها با چشم غیر مسلح قابل مشاهده خواهند بود.

در اواخر دهه 1960 تلاش هایی برای ایجاد ارتباطات بی سیم با استفاده از پرتو لیزر در مسکو انجام شد. فرستنده ها در ساختمان دانشگاه دولتی مسکو در تپه های لنین و در یکی از خانه های میدان زوبوفسکایا، نه چندان دور از ایستگاه مترو پارک کولتوری نصب شده بودند. نصب به اندازه اتاق سیگنال را با موفقیت ارسال کرد، اما فقط در هوای صاف. کارشناسان تصمیم گرفتند که وابستگی به وضعیت جو بسیار زیاد است. ارتباط با استفاده از پرتو مادون قرمز به عنوان یک جهت ناامید کننده شناخته شد و تحقیقات به مدت 20 سال محدود شد. این مکث برای علم روسیه گران تمام شد. در اواخر دهه 1980، محققان شوروی به موضوع بازگشتند، اما زمانی برای آوردن آزمایشات خود به نمونه های تجاری نداشتند. رقبای غربی این کار را برای آنها انجام دادند.

سیستم های انتقال داده با استفاده از پرتو مادون قرمز در اوایل دهه 1990 در بازار جهانی ظاهر شد. یکی از پیشگامان A.T. Schindler کانادایی بود. به دنبال او، Jolt و SilCom پیشرفت های خود را ارائه کردند. در اواخر دهه 1990، PAV Data Systems در میان تولیدکنندگان تجهیزات برای ارتباطات لیزری در غرب پیشرو شد، در حالی که پیشگامان SilCom و A.T. Schindler مجبور بودند کمی فضا را باز کنند. علاوه بر این، ارتباطات لایت پوینت آمریکایی و آلمانی (Eagle Optoelectronics سابق)، American Astroterra، LSA Photonics، Lucent Technologies پیشرفت های خاص خود را در زمینه ارتباطات لیزری دارند.

باران و مه

در ابتدا، سیستم های خارجی انتقال داده ها را در فواصل تا 500 متر فراهم می کردند و به شبکه های داده محلی سرویس می دادند. در اواخر دهه 1990، سیستم های نسل بعدی ظاهر شدند - قابل اعتماد تر و "دوربرد"، که امکان سرویس دهی به شبکه های در مقیاس شهر را فراهم می کردند.

در فواصل تا 1600 متر، سیستم ها به خوبی کار می کنند. با این حال، هنگامی که داده ها در فاصله طولانی تری منتقل می شوند، کیفیت ارتباطات کاهش می یابد. علاوه بر این، سیستم های لیزری خود را از وابستگی به آب و هوا رها نکرده اند. بدترین مانع برای ارتباط لیزری مه است.

به نوبه خود، سیستم های رله رادیویی در هنگام باران "سقوط" می کنند. در این راستا، توسعه دهندگان پیشنهاد می کنند که کانال های ارتباطی بسیار قابل اعتمادی بر اساس دو خط ایجاد کنند که یکی از آنها اطلاعات را از طریق رادیو و دیگری از طریق پرتو لیزر منتقل می کند. بر این اساس، یکی در باران "می افتد" و دیگری در مه. الکساندر کلوکوف، مدیر فنی دفتر نمایندگی MicroMax آمریکایی، توزیع کننده و یکپارچه کننده سیستم های نوری بی سیم، می گوید: "اگر نیاز به دریافت یک کانال با قابلیت اطمینان بالا در فاصله حداکثر 3 کیلومتری دارید، این یک گزینه ایده آل است." .

موانع طبیعی دیگری نیز وجود دارد. به عنوان مثال، آنها می گویند که یکی از شرکت های سلولی هنوز به این فکر می کند که چگونه با درختی که در مسیر پرتو لیزر رشد کرده است مقابله کند - یا آن را قطع کنید یا دستگاه را دوباره تنظیم کنید ...

تولیدکنندگان غربی و روسی با یکدیگر رقابت نمی کنند

منبع : MicroMax Computer Intelligence, Inc.

تف در چاه

مزایای پرتو لیزر توسط Transtelecom قدردانی شد. این شرکت با Rostelecom و Elektrosvyazya محلی مشکلاتی داشته است: رقبای صاحب زیرساخت های ارتباطی اجازه نمی دهند Transtelecom به چاه های کابل برود. در نتیجه، Transtelecom از چاه‌ها دست کشیده و می‌خواهد مشتریان شرکتی را با استفاده از پرتو لیزر به ستون فقرات خود متصل کند.

علاوه بر این، اپراتورهای سلولی از پرتو لیزر به عنوان کانال انتقال سیگنال استفاده می کنند. آنها از لیزر در مناطقی استفاده می کنند که تداخل زیادی در رادیو وجود دارد - مثلاً در فرودگاه ها.

ایگور پارفنوف، معاون مدیر فنی Sonic Duo (شبکه MegaFon)

به "کو" گفت که بیش از 10 سیستم نوری در شبکه مسکو "مگافون" کار می کند. این شرکت در نظر دارد در طول سال 2003 بر کار آنها نظارت داشته و بر اساس نتایج مشاهدات، در مورد استفاده انبوه از این تجهیزات تصمیم گیری کند. Sonic Duo تاکنون هیچ شکایتی در مورد عملکرد تجهیزات نداشته است.

به نوبه خود، گئورگی پاولنکو، رئیس گروه نصب تجهیزات رله رادیویی VimpelCom، گفت که شرکت وی از سیستم های لیزری منحصراً برای کارهای موقت تا دریافت مجوز نصب تجهیزات رله رادیویی استفاده می کند. پاولنکو می گوید: "به طور دائم، این سیستم ها به بهترین وجه در فاصله 500 متری استفاده می شوند. علاوه بر مه، نور خورشید مانعی برای آنها است، بنابراین باید فیلترهای ویژه ای نصب شود."

در MTS، به خبرنگار "Ko" گفته شد که اکنون دستگاه های لیزری ارتباطات را در بخش هایی ارائه می دهند که طول کل آنها از 1٪ طول کل شبکه تجاوز نمی کند. به احتمال زیاد، ارتباط لیزری از این آستانه فراتر نخواهد رفت. شبکه های نوری برای ساخت ریزشبکه ها خوب هستند، استفاده از لیزر نیازی به مجوز از سازمان نظارت بر ارتباطات دولتی ندارد. اما، متأسفانه، رویه شرکت ما نشان داده است که لیزر هنوز ارتباط قابل اعتمادی را در فاصله بیش از 500 متر فراهم می کند.

در روسیه، تجهیزات ارتباط بی سیم مبتنی بر پرتو مادون قرمز توسط موسسه تحقیقات ابزار دقیق، شرکت Catharsis از موسسه ارتباطات سنت ورونژ تولید می شود.

هیچ یک از تولیدکنندگان، به جز کاتارسیس، فراتر از تولید آزمایشی پیشرفت نکرده اند. مهندسان خوبی در روسیه وجود دارند که تجهیزات مناسب را ایجاد می کنند، اما اصلاً نمی دانند چگونه آن را بفروشند. برای مثال، ساده‌ترین رابط باید استاندارد باشد. و دستگاه های خانگی دارای کانکتورهای چند پین هستند. الکساندر کلوکوف می‌گوید: البته این یک رابط خوب است، اما برای موشک‌ها مناسب‌تر است. "نصب سیستم های روسی نیاز به لحیم کاری کابل در محل دارد، اما کدام اپراتور عاقل کارگران خود را برای لحیم کاری روی پشت بام می فرستد؟"

سیستم‌های داخلی و خارجی هنوز با یکدیگر رقابت نمی‌کنند، زیرا در «رده‌های وزنی» مختلف قرار دارند (جدول را ببینید). به گفته الکساندر کلوکوف، در سال 2002 در مجموع حدود 400 سیستم ارتباط لیزری در روسیه فروخته خواهد شد.