Laserska komunikacija još je jedna metoda bežične komunikacije. Atmosferska laserska komunikacija

E. N. Čepusov, S. G. Šaronjin

Danas je nemoguće zamisliti naš život bez računala i mreža temeljenih na njima. Čovječanstvo stoji na pragu novog svijeta u kojem jedan jedini informacijski prostor. U ovom svijetu komunikaciju više neće ometati fizičke granice, vrijeme ili udaljenost.

Sada ima u cijelom svijetu veliki iznos mreže koje izvode razne funkcije i rješavanje mnogih različitih problema. Prije ili kasnije, uvijek dođe trenutak kada je kapacitet mreže iscrpljen i potrebno je postaviti nove komunikacijske linije. To je relativno lako učiniti unutar zgrade, ali poteškoće počinju kada se spoje dvije susjedne zgrade. Htio posebne dozvole, odobrenja, licence za izvođenje radova, kao i izvođenje niza složenih tehnički zahtjevi i zadovoljavanje značajnih financijskih zahtjeva organizacija koje upravljaju zemljištem ili kanalizacijom. U pravilu, odmah postaje jasno da najkraći put između dvije zgrade nije ravna linija. I uopće nije nužno da će duljina ove staze biti usporediva s udaljenosti između ovih zgrada.

Naravno, svima je poznato bežično rješenje temeljeno na različitoj radio opremi (radio modemi, malokanalni radio relejne linije, mikrovalna digitalni odašiljači). Ali broj poteškoća se ne smanjuje. Eter je prezasićen i dobivanje dozvole za korištenje radijske opreme vrlo je teško, a ponekad i nemoguće. A propusnost ove opreme značajno ovisi o njezinoj cijeni.

Predlažemo korištenje nove, ekonomične vrste bežične komunikacije koja se nedavno pojavila - laserska komunikacija. Ova tehnologija dobila je najveći razvoj u SAD-u, gdje je i razvijena. Laserska komunikacija pruža isplativo rješenje za problem pouzdane, brze komunikacije kratkog dometa (1,2 km) koji se može pojaviti pri povezivanju telekomunikacijskih sustava iz različitih zgrada. Njegovo korištenje omogućit će integraciju lokalnih mreža s globalnim, integraciju udaljeni prijatelj jedni od drugih lokalnih mreža, te također osiguravaju potrebe digitalna telefonija. Laserska komunikacija podržava sva sučelja potrebna za ove namjene - od RS-232 do ATM.

Kako se ostvaruje laserska komunikacija?

Laserska komunikacija vs. GSM komunikacije omogućuje veze od točke do točke s brzinama prijenosa informacija do 155 Mbit/s. U računalnim i telefonskim mrežama laserska komunikacija osigurava razmjenu informacija u full duplex modu. Za aplikacije koje ne zahtijevaju visoke brzine prijenosa (na primjer, video i kontrolni signali u procesnim i zatvorenim televizijskim sustavima), dostupno je posebno, troškovno učinkovito polu-dupleks rješenje. Kada trebate kombinirati ne samo računalo, već i telefonske mreže, mogu se koristiti modeli laserskih uređaja s ugrađenim multiplekserom simultani prijenos LAN promet i tokovi digitalne grupne telefonije (E1/ICM30).

Laserski uređaji mogu prenijeti bilo koji mrežni tok koji im se isporučuje pomoću optičkih vlakana ili bakrenog kabela u smjeru naprijed i nazad. Odašiljač pretvara električni signali u modulirano lasersko zračenje u infracrvenom području valne duljine 820 nm i snage do 40 mW. Laserska komunikacija koristi atmosferu kao medij za širenje. Laserska zraka tada pogađa prijemnik koji ima maksimalnu osjetljivost unutar raspona valne duljine zračenja. Prijemnik pretvara lasersko zračenje u signale iz korištenog električnog ili optičkog sučelja. Ovako se komunikacija odvija pomoću laserskih sustava.

Obitelji, modeli i njihove značajke

U ovom odjeljku želimo vam predstaviti tri obitelji najpopularnijih laserskih sustava u SAD-u - LOO, OmniBeam 2000 i OmniBeam 4000 (Tablica 1). Obitelj LOO je osnovna i omogućuje prijenos podataka i glasovne poruke do 1000 m. Obitelj OmniBeam 2000 ima slične mogućnosti, ali radi na dulja udaljenost(do 1200 m) i može prenositi video sliku i kombinaciju podataka i glasa. Obitelj OmniBeam 4000 može osigurati brzi prijenos podataka: od 34 do 52 Mbit/s na udaljenostima do 1200 m i od 100 do 155 Mbit/s do 1000 m. Na tržištu postoje i druge obitelji laserskih sustava, no ili pokrivaju kraće udaljenosti ili podržavaju manje protokola.

Stol 1.

Svaka obitelj uključuje skup modela koji podržavaju različite komunikacijske protokole (Tablica 2). Obitelj LOO uključuje ekonomične modele koji omogućuju udaljenost prijenosa do 200 m (slovo "S" na kraju naziva).

Tablica 2.

Nedvojbena prednost laserskih komunikacijskih uređaja je njihova kompatibilnost s većinom telekomunikacijske opreme za razne namjene(hubovi, usmjerivači, repetitori, mostovi, multiplekseri i PBX-ovi).

Ugradnja laserskih sustava

Važna faza u stvaranju sustava je njegova instalacija. Samo uključivanje traje zanemarivo malo vremena u usporedbi s instalacijom i konfiguracijom laserske opreme, koja traje nekoliko sati ako je izvode dobro obučeni i opremljeni stručnjaci. Pritom će o kvaliteti tih operacija ovisiti i kvaliteta rada samog sustava. Stoga bismo prije predstavljanja tipičnih opcija uključivanja željeli obratiti pozornost na ova pitanja.

Kada se postavljaju na otvorenom, primopredajnici se mogu postaviti na krovne ili zidne površine. Laser se postavlja na poseban kruti nosač, najčešće metalni, koji se pričvršćuje na zid zgrade. Nosač također pruža mogućnost podešavanja kuta nagiba i azimuta grede.

U ovom slučaju, radi lakšeg postavljanja i održavanja sustava, njegova veza se vrši kroz razvodne kutije (RK). Spojni kabeli obično su optički za krugove za prijenos podataka i bakreni kabel za strujne i upravljačke krugove. Ako oprema nema optičko podatkovno sučelje, tada je moguće koristiti model s električnim sučeljem ili vanjskim optičkim modemom.

Jedinica za napajanje (PSU) primopredajnika uvijek se postavlja u zatvorenom prostoru i može se montirati na zid ili u stalak koji se koristi za LAN oprema ili unakrsno strukturiran kabelski sustavi. U blizini se može postaviti i monitor stanja koji služi za daljinski nadzor rada primopredajnika obitelji OB2000 i OB4000. Njegova uporaba omogućuje dijagnostiku laserski kanal, indikacija veličine signala, kao i ponavljanje signala radi provjere.

Kod unutarnje ugradnje laserskih primopredajnika potrebno je zapamtiti da se snaga laserskog zračenja smanjuje pri prolasku kroz staklo (najmanje 4% na svakom staklu). Drugi problem su kapljice vode koje teku niz vanjsku stranu stakla kada pada kiša. Djeluju kao leće i mogu uzrokovati raspršenje zrake. Kako bi se smanjio ovaj učinak, preporuča se ugradnja opreme blizu vrha stakla.

Za pružanje kvalitetna komunikacija Moraju se uzeti u obzir neki osnovni zahtjevi.

Najvažniji od njih, bez kojeg će komunikacija biti nemoguća, je da zgrade moraju biti unutar vidnog polja, a na putu širenja zrake ne bi trebalo biti neprozirnih prepreka. Osim toga, budući da laserska zraka u području prijamnika ima promjer od 2 m, potrebno je da se primopredajnici nalaze iznad pješaka i prometa na visini od najmanje 5 m. To je zbog osiguranja sigurnosnih propisa. Prijevoz je također izvor plinova i prašine, koji utječu na pouzdanost i kvalitetu prijenosa. Zraka se ne smije projicirati u neposrednoj blizini električnih vodova ili ih križati. Potrebno je voditi računa o mogućem rastu stabala, pomicanju njihovih krošnji pri udarima vjetra, kao i utjecaju oborina i mogućih poremećaja zbog preleta ptica.

Pravilan odabir primopredajnika jamči stabilan rad kanala u cijelom rasponu klimatskih uvjeta u Rusiji. Na primjer, veći promjer grede smanjuje vjerojatnost kvarova povezanih s oborinama.

Laserska oprema nije izvor elektromagnetska radijacija(AMY). Međutim, ako se postavi u blizini uređaja s EMR-om, elektronika lasera će pokupiti to zračenje, što može uzrokovati promjenu signala u prijemniku i odašiljaču. To će utjecati na kvalitetu komunikacije, stoga se ne preporučuje postavljanje laserske opreme u blizini izvora EMZ-a kao što su jake radio stanice, antene itd.

Prilikom ugradnje lasera savjetuje se izbjegavati laserske primopredajnike usmjerene u smjeru istok-zapad, budući da nekoliko dana u godini sunčeve zrake mogu blokirati lasersko zračenje na nekoliko minuta, pa će prijenos postati nemoguć čak i uz posebne optičke filtre u prijamnik. 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 instaliranje laserskih sustava u blizini motora, kompresora itd.

Slika 1. Postavljanje i spajanje laserskih primopredajnika.

Nekoliko tipičnih metoda uključivanja

Laserska komunikacija pomoći će u rješavanju problema komunikacije kratkog dometa u vezama od točke do točke. Kao primjere, pogledajmo nekoliko tipičnih opcija ili metoda uključivanja. Dakle, eto vam ga Glavni ured(CO) i poslovnica (F), od kojih svaka ima računalnu mrežu.

Slika 2 prikazuje varijantu organiziranja komunikacijskog kanala za slučaj u kojem je potrebno kombinirati F i CO, koristeći kao mrežni protokol Ethernet, ali kao fizičko okruženje- koaksijalni kabel (debeli ili tanki). U CO se nalazi LAN server, au F su računala koja se trebaju spojiti na ovaj server. S laserskim sustavima kao što su modeli LOO-28/LOO-28S ili OB2000E možete jednostavno riješiti ovaj problem. Most se postavlja u centralni centar, a repetitor u F. Ako most ili repetitor ima optičko sučelje, tada optički minimodem nije potreban. Laserski primopredajnici povezani su dvostrukim optičkim vlaknima. Model LOO-28S omogućit će vam komunikaciju na udaljenosti do 213 m, a LOO-28 - do 1000 m s "pouzdanim" kutom prijema od 3 mrad. Model OB2000E pokriva udaljenost do 1200 m s "pouzdanim" kutom prijema od 5 mrad. Svi ovi modeli rade u full duplex modu i daju brzinu prijenosa od 10 Mbit/s.

Slika 2. Povezivanje udaljenog Ethernet LAN segmenta pomoću koaksijalnog kabela.

Slična opcija za kombiniranje dviju Ethernet mreža pomoću upletena parica(10BaseT) prikazan je na slici 3. Njegova razlika je u tome što se umjesto mosta i repetitora koriste koncentratori (hubovi) koji imaju potreban broj 10BaseT konektora i jedno AUI ili FOIRL sučelje za spajanje laserskih primopredajnika. U tom slučaju potrebno je ugraditi laserski primopredajnik LOO-38 ili LOO-38S koji osigurava potrebnu brzinu prijenosa u full duplex modu. Model LOO-38 može podržati komunikacijske udaljenosti do 1000 m, a model LOO-38S može komunicirati do 213 m.

Slika 3. Povezivanje udaljenog Ethernet LAN segmenta na temelju upletene parice.

Slika 4 prikazuje varijantu kombiniranog prijenosa podataka između dva LAN-a (Ethernet) i grupnog digitalnog toka E1 (PCM30) između dvije PBX-e (u CO i F). Za rješavanje ovog problema prikladan je model OB2846 koji omogućuje prijenos podataka i glasa brzinom od 12 (10+2) Mbit/s na udaljenosti do 1200 m. LAN je povezan s primopredajnikom pomoću dvostrukog optičkog vlakna preko standardnog SMA konektora, a telefonski promet se prenosi 75 Ohm koaksijalnim kabelom preko BNC konektora. Treba napomenuti da multipleksiranje tokova podataka i govora ne zahtijeva dodatna oprema a izvode ga primopredajnici bez smanjenja propusnosti svakog od njih pojedinačno.

Slika 4. Integracija računalne i telefonske mreže.

Utjelovljenje prijenos velike brzine podataka između dva LAN-a (LAN "A" u CO i LAN "B" u F) pomoću ATM preklopnika i laserskih primopredajnika prikazan je na slici 5. Model OB4000 riješit će problem komunikacije velike brzine kratkog dometa u optimalan način. Imat ćete priliku prenositi E3, OC1, SONET1 i ATM52 streamove traženim 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 sa potrebnim brzinama - na udaljenosti do 1000 m. Odaslani podaci dostavljaju se laserskom primopredajniku pomoću standardnog dvostrukog optičkog vlakna spojenog preko SMA konektora.

Slika 5. Konsolidacija telekomunikacijskih mreža velikih brzina.

Navedeni primjeri nisu iscrpni moguće opcije korištenje laserske opreme.

Što je isplativije?

Pokušajmo odrediti mjesto laserske komunikacije među ostalim žičanim i bežičnim rješenjima, ukratko procjenjujući njihove prednosti i nedostatke (tablica 3).

Tablica 3.

Ovaj tjedan postali su poznati rezultati svojevrsne lunarne laserske komunikacije. Test je trajao 30 dana pod teškim uvjetima zbog Mjesečeve prašine. Postojao je poseban dirigent koji se nalazi u ovaj trenutak unutar lunarne orbite. Ovaj test je pokazao da je komunikacijski sustav u potpunosti operativan unatoč udaljenosti. Komunicira jednako uspješno kao bilo koji radio signal iz NASA-e.

Ova tehnologija pokazuje praktičnu upotrebu širokopojasnih lasera za međusobno povezivanje i komunikacije. Ova veza, odnosno njegovo učitavanje, odvija se znatno brže od slične radio komunikacije. Ova metoda omogućuje primanje signala na Zemlji brzinom od 622 Mbita i slanje s 20 Mbita. Ova brzina zabilježena je 20. listopada. Prenijet je s Mjeseca na Zemlju pomoću pulsirajuće laserske zrake. Signal je primila postaja u Novom Meksiku, koja je dio zajedničkog napora Sjedinjenih Država i Španjolske.

Laseri imaju velika prednost ispred radio signala. Oni su ti koji imaju najviše propusnost. Također je važno prenijeti podatke pomoću specifične koherentne zrake. To doprinosi manjoj potrošnji energije pri prijenosu signala na velike udaljenosti.

Istraživači iz NASA-e tvrde da je test programa prošao s veliki uspjeh. Nisu očekivali ovakve rezultate. Laserska poruka primljena je i poslana natrag u orbitu i u najtežim uvjetima. Ovo potvrđuje teoriju da bez obzira na smetnje, signal će stići na Zemlju. Ni kozmička prašina ni daljina nisu prepreka laserskom signalu. Čak iu trenucima povećanja sloja atmosfere, prijenos signala odvijao se bez problema, što govori o učinkovitosti ovog uređaja. Među skepticima u NASA-i nije bilo ni traga nepovjerenju kada ni oblaci nisu postali prepreka prijenosu signala.

Začudo, nije bilo niti jedne pogreške u signalu. Postupak podsjeća na komunikaciju mobitel. Štoviše, radi bez ljudske intervencije. Sustav se čak može zaključati ako se dugo vremena ne prima signal sa zemaljskih stanica.

Ovaj tjedan NASA je objavila rezultate Demonstratora svemirskih laserskih komunikacija (LLCD) na Lunar Atmospheric and Dust Environment Explorer (ili LADEE), koji je lansiran u rujnu ove godine i trenutno kružeći oko našeg prirodni satelit. Prema svemirskoj agenciji, sustav LLCD pokazao je vrlo visoku učinkovitost prijenosa podataka na udaljenosti od oko 400 tisuća kilometara i već je sposoban raditi ništa gore, a možda čak i bolje od konvencionalnih radio odašiljača.

Za one koji ne znaju, misija LLCD-a je pokazati tu mogućnost praktičnu upotrebu laseri za prijenos poruka između objekata vrlo udaljeni i puno većim brzinama nego što to mogu ponuditi standardni radio odašiljači. Pokazujući sposobnost prijenosa podataka na Zemlju brzinom od 622 Mb/s i primanja brzinom od 20 Mb/s, LLCD je 20. listopada postavio rekord u brzini prijenosa podataka iz Mjesečeve orbite. Podatke odaslane laserskom zrakom primila je glavna zemaljska postaja LLCD smještena u Novom Meksiku. U svijetu postoje tri slične postaje. Preostala dva nalaze se u Španjolskoj i SAD-u.

Najvažniji prednosti lasera preko radio odašiljača su da nude mnogo veću propusnost i, dodatno, mogućnost prijenosa informacija kratkotrajnim laserskim zrakama, što će u budućnosti smanjiti ukupne troškove potrošnje energije pri prijenosu informacija na vrlo velike udaljenosti.

NASA napominje da sustav LLCD radi 30 dana test modčak i bolje nego što se od nje očekivalo. Laser je bez problema slao poruke zemaljskim stanicama kada je dnevno svjetlo pa čak i kad je kut otklona Mjeseca u odnosu na Sunce bio četiri stupnja. Sustav je također radio bez ikakvih grešaka kada je Mjesec bio vrlo nisko na horizontu, prisiljavajući tako laser da prolazi kroz gušće slojeve atmosfere i uz određenu izloženost učincima turbulencije. Astronomi su također bili iznenađeni kada su saznali da svijetli cirusi nisu problem za laser.

Osim testiranja pogrešaka, LLCD je demonstrirao mogućnost prebacivanja s jedne zemaljske stanice na drugu, pokazujući sposobnost zaključavanja na određenu stanicu bez potrebe za radio signalom.

“Programirali smo LADEE tako da automatski način rada"aktivirao i usmjerio LLCD sustav na željenu lokaciju za prijenos laserskog signala na Zemlju, bez ikakve potrebe da se radio signali pošalju sondi s naredbom", rekao je Don Cornwell, LLCD voditelj projekta u Goddard Space Flight Centru.
“Uspjeh ove misije omogućuje nam da budemo optimistični glede mogućnosti korištenja sličnih sustava kao primarni komunikacijski sustav za buduće NASA-ine misije."
NASA bilježi ne samo uspjeh prijenosa signala, već i velika brzina prenos informacija sa sonde na Zemlju. Svi podaci prikupljeni za to vrijeme (a to su, na trenutak, gigabajti informacija) poslani su na Zemlju za manje od pet minuta. Obično je potrebno nekoliko dana za prijenos podataka ove količine.

Agencija kaže da je misija LLCD dovršena i da će sljedeća faza testiranja biti provjera sustava satelita Laser Communications Relay Demonstration (LRCD), čije je lansiranje planirano za 2017. U svojoj srži, sustav će biti poboljšana verzija LLCD-a, sposoban za prijenos podataka brzinama do 2880 Gb/s s geostacionarna orbita i bit će dio petogodišnjeg programa testiranja komunikacijskih sustava 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 uvjetima izloženosti visokim razinama elektromagnetskog zračenja.

Shematski dijagram odašiljač je prikazan na sl. 1. Odašiljač se sastoji od komandnog enkodera izrađenog na ATtiny2313 mikrokontroleru (DD1), izlaznog bloka na BC847V tranzistorima (VT1, VT2) i RS-232 sučelja, koje se pak sastoji od DB9-F konektora (za kabel) (XP1) i pretvarač razine - na MAX3232 (DD3).

Krug za resetiranje mikrokontrolera sastoji se od elemenata DD2 (CD4011B), R2, C7. Izlazni blok je elektronički prekidač napravljen na tranzistoru VT1, in kolektorski krug kojim se laserski pokazivač uključuje preko strujnog limitatora na tranzistoru VT2. Odašiljač se napaja konstantnim stabiliziranim naponom od 9 - 12 V. Mikrokrugovi DD1, DD2, DD3 napajaju se naponom od 5V, koji je određen stabilizatorom 78L05 (DA1).

DD1 kontroler je programiran u BASCOM okruženju, što mu omogućuje slanje naredbi s osobnog računala (PC) preko RS-232 sučelja, s Bascom terminala pomoću funkcije “echo”.

Mikrokontroler ima taktnu frekvenciju od 4 MHz iz internog oscilatora. Paketi impulsa s frekvencijom od oko 1,3 KHz iz izlaza OS0A (PB2) dovode se u izlazni blok. Broj impulsa u paketu određen je brojem naredbe primljene od računala.
Za unos naredbe potrebno je pritisnuti bilo koju tipku na tipkovnici računala, zatim kada se pojave riječi “Write command” i “Enter No. 1...8” unesite broj od 1 do 8 i pritisnite “Enter” ključ.

Program za mikrokontroler odašiljača “TXlaser” sastoji se od glavne petlje (DO...LOOP) i dvije rutine za obradu prekida: za prijem (Urxc) i za preljev timera 0 (Timer0).

Da bi se dobila izlazna frekvencija od 1,3 KHz, mjerač vremena je konfiguriran s faktorom dijeljenja frekvencije (Prescale) = 1024. Osim toga, brojanje počinje od niže vrijednosti Z = 253 (na visokoj razini na PB2) i doseže 255. Brojač vremena prekid prekoračenja nastaje kada se obradom prebacuje izlaz PB2, a mjerač vremena ponovno postavlja na vrijednost Z = 253. Tako se na izlazu PB2 pojavljuje signal frekvencije 1,3 KHz (vidi sl. 2). U istom potprogramu uspoređuje se broj impulsa na PB2 sa zadanim i ako su jednaki, mjerač vremena se zaustavlja.

U potprogramu za obradu prekida prijema postavlja se broj impulsa koji se trebaju poslati (1 – 8). Ako je taj broj veći od 8, na terminalu se prikazuje poruka “GREŠKA”.

Dok potprogram radi, postoji niska razina na pinu PD6 (LED HL1 je isključen), a mjerač vremena je zaustavljen.
U glavnoj petlji na pinu PD6 - visoka razina, a HL1 LED svijetli.
Tekst programa "TXlaser":

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

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

"konfiguracija timera 0-faktor dijeljenja=1024:
Konfiguracija Timer0 = Timer, Prescale = 1024
Stop Timer0 "zaustavi mjerač vremena

Dim N As Byte "definicija varijable"
Dim N0 Kao bajt

Const Z = 253 "donja granica brojača vremena za izlaznu frekvenciju = 1,3 KHz
Odbrojavanje 0 = Z

Na Urxc Rxd "primi potprogram za obradu prekida
On Timer0 Pulse "overflow interrupt rutina"

Omogući Urxc
Omogući Timer0

Napravite "glavnu petlju
Postavite Portd.6 "uključite HL1 LED
Petlja

Rxd: "podprogram za obradu prekida primanja
Zaustavi Timer0
M1:
Ispis "Napiši zarez"
Unos "Unesite br. 1...8:" , N0 "unos naredbe
Ako je N0 > 8, onda "ograničite broj naredbi
Ispis "Pogreška"
Idi na M1
Završi ako
N0 = N0 * 2
N0 = N0 - 1 " postavljena vrijednost broj mahunarki u paketu
Prebaci Portb.2
Start Timer0 "pokreni mjerač vremena
Povratak

Puls: "rutina obrade prekida prekoračenja"
Zaustavi Timer0
Prebaci Portb.2
Reset Portd.6 "isključite LED
Odbrojavanje 0 = Z
N = N + 1 "povećanje broja impulsa
Ako je N = N0 Tada "ako je broj impulsa = specificiran
N=0
N0 = 0
Waitms 500 "kašnjenje 0,5 s
Drugo
Start Timer0 "u suprotnom nastavite s brojanjem
Završi ako
Povratak
Kraj "završi program

Odašiljač je izrađen na tiskanoj pločici dimenzija 46x62 mm (vidi sl. 3). Svi elementi, osim mikrokontrolera, su SMD tipa. Mikrokontroler ATtiny2313 koristi se u DIP kućištu. Preporučljivo ga je postaviti u panel za DIP čipove TRS (SCS) - 20 kako bi se mogao “bezbolno” reprogramirati.

Isprintana matična ploča Odašiljač TXD.PCB nalazi se u mapi “FILE PCAD”.
Shematski dijagram prijemnika laserskog kanala prikazan je na slici 4. Na ulazu prvog pojačala DA3.1 (LM358N), niskopropusni filtar formiran od elemenata CE3, R8, R9 i koji ima graničnu frekvenciju od 1 KHz, prigušuje pozadinsku buku 50 -100 KHz od rasvjetna tijela. Pojačala DA3.2 i DA4.2 pojačavaju i povećavaju trajanje primljenih impulsa korisnog signala. Komparator na DA4.1 generira izlazni signal (jedan), koji se dovodi preko pretvarača CD4011D (DD2) čipa - DD2.1, DD2. Signal sinkrono stiže na kontakte mikrokontrolera ATtiny2313 (DD1) – T0 (PB4) i PB3. Stoga se Timer0, koji radi u načinu vanjskog brojanja impulsa, i Timer1, koji mjeri vrijeme ovog brojanja, pokreću sinkrono. Kontroler DD1, koji obavlja funkciju dekodera, prikazuje primljene naredbe 1...8 postavljanjem log.1 na PORTB pinove, odnosno PB0...PB7, dok dolaskom sljedeće naredbe poništava prethodnu. Kada naredba “8” stigne na PB7 pojavljuje se log.1 koji uz pomoć elektronički ključ na tranzistoru VT1, uključuje relej K1.

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

U programu RXlaser Timer0 je konfiguriran kao brojač vanjskih impulsa, a Timer1 kao timer koji broji period prolaska maksimalno mogućeg broja impulsa (naredba 8).

U glavnom ciklusu (DO...LOOP), Timer1 se uključuje kada se primi prvi naredbeni impuls (K=0), uvjet za omogućavanje uključivanja timera Z=1 je resetiran.
U potprogramu za obradu prekida, kada se brojač Timer1 podudara s vrijednošću maksimalnog mogućeg brojača, broj naredbe se čita i postavlja u PORTB. Postavljen je i uvjet za uključivanje Timera1 - Z=0.
Tekst programa RXlaser:

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

Ddrb = 255 "PORTB - svi izlazi
Portb = 0
Ddrd = 0 "PORTD-ulaz
Portd = 255" pull-up PORTD
Config Timer0 = Brojač, Prescale = 1, Edge = Falling "kao brojač impulsa
Konfiguracija Timer1 = Timer, Prescale = 1024, Clear Timer = 1" kao mjerač vremena
Zaustavi mjerač vremena1
Odbrojavanje1 = 0
Brojač0 = 0

"definicija varijable:
Dim X kao bajt
Dim Comm kao bajt
Dim Z As Bit
Dim K As Bit

X = 80
Usporedi1a = X "broj impulsa u registru podudaranja
Z=0

Na Compare1a Pulse "prekid rutine slučajno

Omogući prekide
Omogući Usporedi1a

Napravite "glavnu petlju
Ako je Z = 0, tada je "prvi uvjet za uključivanje timera
K = Portd.3
Ako je K = 0, onda je "drugi uvjet za uključivanje mjerača vremena
Pokreni Timer1
Z=1
Završi ako
Završi ako
Petlja

Puls: "podprogram prekida obradu slučajno
Zaustavi mjerač vremena1
Comm = Counter0 "čitanje s vanjskog brojača impulsa
Comm = Comm - 1 "definicija broja bita u portu
Portb = 0 "port nuliranje
Set Portb.comm "postavite bit koji odgovara broju naredbe
Z=0
Brojač0 = 0
Odbrojavanje1 = 0
Povratak
Kraj "završi program

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

Prijemnik se nalazi na pločici dimenzija 46x62 mm (vidi sl. 5). Sve komponente su SMD tipa, osim mikrokontrolera koji se mora postaviti u panel za DIP čipove tipa TRS(SCS) - 20.

Podešavanje prijemnika svodi se na postavljanje koeficijenta prijenosa s kraja na kraj i praga odziva komparatora. Da bi se riješio prvi problem, potrebno je spojiti osciloskop na pin 7 DA4.2 i odabirom vrijednosti R18 postaviti takav end-to-end koeficijent prijenosa pri kojem je maksimalna amplituda emisije šuma promatrane na ekranu. neće prijeći 100 mV. Zatim se osciloskop prebacuje na pin 1 DA4.1 i odabirom otpornika (R21) postavlja nultu razinu komparatora. Uključivanjem odašiljača i usmjeravanjem laserske zrake na fotodiodu morate se pobrinuti da se na izlazu komparatora pojave pravokutni impulsi.
Ploča prijemnika RXD.PCB također se nalazi u mapi FILE PCAD.

Moguće je povećati otpornost laserskog kanala na buku modulacijom signala s frekvencijom podnosača od 30 – 36 KHz. Modulacija nizova impulsa događa se u odašiljaču, dok prijamnik sadrži pojasni filtar i detektor amplitude.

Dijagram takvog predajnika (predajnik 2) prikazan je na sl. 6. Za razliku od prethodno razmotrenog odašiljača 1, odašiljač 2 ima generator podnosača podešen na frekvenciju od 30 KHz i sastavljen na utorima DD2.1, DD2.4.. Generator osigurava modulaciju nizova pozitivnih impulsa.

Prijemnik laserskog kanala s frekvencijom podnosača (prijemnik 2) sastavljen je na domaćem mikro krugu K1056UP1 (DA1). Krug prijemnika prikazan je na sl. 7. Za izolaciju naredbenih impulsa, detektor amplitude s niskofrekventnim filtrom i normalizatorom impulsa, sastavljen na logičkih elemenata DD3.1, DD3.2, diodni sklop DA3 i C9, R24. U suprotnom, krug prijemnika 2 podudara se sa krugom prijemnika 1.

Žičani sustavi za prijenos podataka sada imaju konkurenta - laser. Laserska zraka može 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, laserska zraka ne može prodrijeti kroz maglu.

Laserska komunikacija ima svoju nišu - koristi se na kratkim udaljenostima na mjestima gdje postoje poteškoće s polaganjem kabela. Operateri laserskih komunikacija ne moraju dobiti dozvolu za uvoz opreme ili korištenje frekvencija.

Svjetlo u prozoru

U Moskvi i Sankt Peterburgu svi uredski centri podijeljeni su između različitih telekom operatera. Ako, na primjer, zgradu opslužuje Sovintel, onda je Comstaru izuzetno teško instalirati liniju do tog uredskog kompleksa (samo u vrlo rijetkim slučajevima jednu zgradu opslužuju dva telekom operatera). Istodobno, vlasnici uredskih kompleksa u pravilu ne dopuštaju postavljanje radijskih sustava na krovove svojih kuća za komunikaciju s drugim operaterima. Laserska komunikacija pomaže u prevladavanju ovih poteškoća. U uredu možete instalirati bežični optički uređaj koji će kroz prozor usmjeriti snop do najbližeg repetitora “vašeg” teleoperatera i putem tog snopa prenositi informacije. To omogućuje korisnicima da se oslobode skupe usluge koju nameće iznajmljivač i samostalno uspostave povoljniju i jeftiniju komunikaciju. Prilikom promjene ureda oprema se može demontirati i transportirati na novu lokaciju.

Laser također može riješiti probleme velika poduzeća. Uspostavljanje komunikacije između ureda i proizvodnih pogona mukotrpan je zadatak. U gustim urbanim uvjetima vrlo je teško položiti kabel kroz područje tvornice i susjednih ulica. Ali čak i ako je kabel položen, to ne znači da su svi problemi gotovi. Komunalne službe neprestano otvaraju asfalt kako bi popravile gradske komunikacije, često pritom režući postavljene kablove. Viseći kabeli često postaju žrtve dizalica i olujnih vjetrova. Bager se ne boji laserske zrake. Osim toga, svjetlosni snop se ne može ukrasti i prodati u staro željezo, pa laserske komunikacije nisu opasne za lopove koji za život zarađuju kopajući kabele iz zemlje.

A prisluškivanje laserskih sustava vrlo je teška stvar. Ako se neovlašteni prijemni uređaj postavi na putanju snopa, veza će se trenutno prekinuti. Također je nemoguće postaviti uređaje za slušanje u blizini prijemnika i odašiljača: oni će biti vidljivi golim okom.

Pokušaji izgradnje bežične komunikacije pomoću laserske zrake napravljeni su u Moskvi još u kasnim 1960-ima. Odašiljači su postavljeni u zgradi Moskovskog državnog sveučilišta na Lenjinskim brdima i u jednoj od kuća na Zubovskom trgu, nedaleko od metro stanice Park Kultury. Instalacija veličine sobe uspješno je odašiljala signal, ali samo po vedrom vremenu. Stručnjaci su odlučili da je ovisnost o stanju atmosfere prevelika. Komunikacija pomoću infracrvene zrake prepoznata je kao neperspektivan smjer, a istraživanja su bila ograničena 20 godina. Ova stanka je skupo koštala rusku znanost. Krajem 1980-ih sovjetski su se istraživači vratili na tu temu, ali nisu imali vremena svoje testove dovesti do komercijalnih uzoraka. Za njih su to učinili zapadni konkurenti.

Sustavi za prijenos podataka pomoću infracrvenih zraka pojavili su se na svjetskom tržištu početkom devedesetih godina prošlog stoljeća. Jedan od pionira bio je Kanađanin A. T. Schindler. Nakon toga, Jolt i SilCom pokrenuli su svoj razvoj. Krajem 1990-ih PAV Data Systems postao je lider među proizvođačima laserske komunikacijske opreme na Zapadu, dok su pioniri SilCom i A.T.Schindler morali malo napraviti mjesta. Osim toga, u području laserskih komunikacija, američko-njemački Lightpointe Communications (bivši Eagle Optoelectronics), američka Astroterra, LSA Photonics i Lucent Technologies imaju svoj razvoj.

Kiša i magla

U početku su strani sustavi osiguravali prijenos podataka na udaljenosti do 500 m i služili lokalne mreže prijenos podataka. Krajem 1990-ih pojavili su se sustavi nove generacije - pouzdaniji i "dugodometni", koji su omogućili servisiranje mreža urbanih razmjera.

Na udaljenosti do 1600 m sustavi rade savršeno. Međutim, kod prijenosa podataka na veću udaljenost kvaliteta komunikacije opada. Osim toga, laserski sustavi nisu slobodni od vremenske ovisnosti. Najgora prepreka laserskoj komunikaciji je magla.

Zauzvrat, radiorelejni sustavi "padaju" tijekom kiše. U tom smislu, programeri predlažu izgradnju vrlo pouzdanih komunikacijskih kanala temeljenih na dvije linije, od kojih jedna prenosi informacije putem radija, a druga putem laserske zrake. Prema tome, jedan "pada" u kišu, a drugi u maglu. “Ako trebate dobiti vrlo pouzdan kanal na udaljenosti do 3 km, onda ovo savršena opcija“- kaže Alexander Klokov, tehnički direktor predstavništva američkog MicroMaxa, distributera i integratora bežične tehnologije. optički sustavi.

Postoje i druge prirodne barijere. Na primjer, kažu da je jedan od mobilne tvrtke još uvijek se pita što učiniti sa stablom koje je izraslo na putu laserske zrake - ili ga posjeći, ili preurediti uređaj...

Zapadni i ruski proizvođači ne konkuriraju jedni drugima

Izvor : MicroMax Computer Intelligence, Inc.

Pljunuti u bunar

Transtelecom je cijenio prednosti laserske zrake. Ova tvrtka ima poteškoća s Rostelecomom i lokalnim Elektrosvyazyjem: ​​konkurenti koji posjeduju komunikacijsku infrastrukturu ne dopuštaju Transtelecomu pristup kabelskim bunarima. Kao rezultat toga, Transtelecom je odustao od bušotina i namjerava spojiti korporativne klijente na svoje autoceste pomoću laserske zrake.

Osim toga, mobilni operateri koriste lasersku zraku kao kanal za prijenos signala. Koriste laser u područjima gdje ima mnogo smetnji u radijskom eteru - na primjer, u zračnim lukama.

Zamjenik tehničkog direktora tvrtke Sonic Duo (MegaFon mreža) Igor Parfenov

rekao je Ko da više od 10 optičkih sustava radi u moskovskoj mreži MegaFon. Tvrtka namjerava tijekom 2003. godine pratiti njihov rad i na temelju rezultata promatranja donijeti odluku o svrhovitosti masovnije uporabe ove opreme. Za sada Sonic Duo nema pritužbi na performanse opreme.

S druge strane, voditelj skupine za instalaciju radiorelejne opreme VimpelCom, Georgij Pavlenko, rekao je da njegova tvrtka koristi laserske sustave isključivo za privremeni rad dok se ne dobije dopuštenje za instaliranje radiorelejne opreme. “Trajno, ove sustave najbolje je koristiti na udaljenosti do 500 m. Osim magle, prepreka im je i sunčeva svjetlost pa je potrebno ugraditi posebne filtere”, kaže Pavlenko.

U MTS-u je dopisniku Ko rečeno da laserski uređaji sada omogućuju komunikaciju u područjima čija ukupna duljina ne prelazi 1% ukupne duljine mreže. Vjerojatnije, laserska komunikacija neće premašiti ovaj prag. " Optičke mreže dobar za izgradnju mikromreža, uporaba lasera ne zahtijeva dopuštenje državnog tijela za nadzor komunikacija. Ali, nažalost, praksa naše tvrtke je pokazala da laser ipak pruža pouzdana komunikacija na udaljenosti ne većoj od 500 metara."

U Rusiji opremu za bežičnu komunikaciju temeljenu na infracrvenom snopu proizvode Istraživački institut za preciznu instrumentaciju, tvrtka Catharsis iz St. Petersburga, Ryazan State Instrument Plant, tvrtke NTC iz Novosibirska i Sceptor (potonji stvoren na temelju Moskovskog energetskog instituta), kao i Voronješkog instituta za komunikacije.

Niti jedan proizvođač, osim Catharsisa, nije napredovao dalje od pilot proizvodnje. Rusija ima dobre inženjere koji stvaraju ispravna tehnika, ali ga uopće ne znaju prodati. “Na primjer, najjednostavniji konektor trebao bi biti standardan. I domaći uređaji imaju višepinske konektore. Ovo je, naravno, dobar konektor, ali je prikladniji za rakete”, kaže Alexander Klokov. - Instalacija ruski sustavi zahtijeva odlemljivanje kabela na licu mjesta, ali koji bi razuman operater poslao svoje radnike da leme nešto na krovu?”

Domaći i strani sustavi još se ne natječu jedni s drugima, jer su u različitim “težinskim kategorijama” (vidi tablicu). Prema Alexanderu Klokovu, u 2002. godini u Rusiji će biti prodano ukupno oko 400 laserskih komunikacijskih sustava.