Πώς μεταδίδονται πληροφορίες μέσω ακτίνας λέιζερ. Παραλλαγές στο θέμα των διαστημικών επικοινωνιών λέιζερ. Εγκατάσταση συστημάτων λέιζερ

μάγκας 4 Ιανουαρίου 2015 στις 05:04

Παραλλαγές στο θέμα των διαστημικών επικοινωνιών λέιζερ

Κοσμοναυτική

Ένα από τα τρέχοντα θέματα στην εμπορική αστροναυτική, και όχι μόνο, είναι το θέμα των επικοινωνιών με λέιζερ. Τα οφέλη του είναι γνωστά, έχουν γίνει δοκιμές και ήταν επιτυχείς ή πολύ επιτυχημένες. Αν κάποιος δεν γνωρίζει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα, θα τα περιγράψω εν συντομία.

Οι επικοινωνίες λέιζερ καθιστούν δυνατή τη μετάδοση δεδομένων σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις σε σύγκριση με τις ραδιοεπικοινωνίες, η ταχύτητα μετάδοσης, λόγω της υψηλής συγκέντρωσης ενέργειας και της πολύ υψηλότερης συχνότητας φορέα (κατά τάξεις μεγέθους). Η ενεργειακή απόδοση, το χαμηλό βάρος και η συμπαγής είναι επίσης αρκετές φορές ή τάξεις μεγέθους καλύτερα. Εκτός από το κόστος - καταρχήν, ένας συνηθισμένος κινέζικος δείκτης λέιζερ με ισχύ περίπου 1 W ή υψηλότερη μπορεί κάλλιστα να είναι κατάλληλος για επικοινωνία λέιζερ στο διάστημα, κάτι που σκοπεύω να αποδείξω παρακάτω.

Από τα μειονεκτήματα, μπορούμε να αναφέρουμε, πρώτα απ 'όλα, την ανάγκη για πολύ πιο ακριβή καθοδήγηση των μονάδων λήψης και εκπομπής σε σχέση με τις ραδιοεπικοινωνίες. Λοιπόν, υπάρχουν γνωστά ατμοσφαιρικά προβλήματα με σύννεφα και σκόνη. Στην πραγματικότητα, όλα αυτά τα προβλήματα μπορούν να λυθούν εύκολα αν τα προσεγγίσετε κατά μέτωπο.

Πρώτα απ 'όλα, ας δούμε πώς λειτουργεί η μονάδα λήψης. Είναι ένα εξειδικευμένο (όχι πάντα) τηλεσκόπιο που συλλαμβάνει την ακτινοβολία λέιζερ και τη μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα, τα οποία στη συνέχεια ενισχύονται με γνωστές μεθόδους και μετατρέπονται σε ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ. Η επικοινωνία, φυσικά, όπως παντού αλλού τώρα, πρέπει να είναι ψηφιακή και, κατά συνέπεια, full-duplex. Πρέπει όμως να είναι λέιζερ και προς τις δύο κατευθύνσεις; Απολύτως όχι απαραίτητο! Το γιατί συμβαίνει αυτό θα γίνει σαφές σε εμάς, χρειάζεται μόνο να εξετάσουμε πώς διαφέρουν οι συσκευές λήψης και εκπομπής για επικοινωνία λέιζερ και πώς οι απαιτήσεις για τις παραμέτρους βάρους και μεγέθους των συσκευών επικοινωνίας σε τροχιακά διαστημόπλοια (ή διαστημικά σκάφη βαθέως διαστήματος) και στο έδαφος -τα συμπλέγματα που βασίζονται διαφέρουν.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το συγκρότημα λήψης είναι ένα τηλεσκόπιο. Με φακούς και (ή) ανακλαστήρες, σύστημα στερέωσής τους και κατάδειξης του τηλεσκοπίου. Και αυτό σημαίνει ένα βαρύ και ογκώδες σχέδιο - το οποίο είναι εντελώς απαράδεκτο για ένα διαστημόπλοιο. Γιατί για ένα διαστημόπλοιο, οποιαδήποτε συσκευή πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο ελαφριά και συμπαγής. Κάτι που είναι αρκετά χαρακτηριστικό για έναν πομπό LI - όλοι πιθανότατα έχουν ήδη δει σύγχρονα λέιζερ PP στο μέγεθος και το βάρος ενός στυλό. Λοιπόν, είναι αλήθεια ότι το τροφοδοτικό για ένα πραγματικό, μη παιχνίδι λέιζερ θα ζυγίζει περισσότερο, αλλά για τα ραδιοψηφιακά συστήματα επικοινωνίας θα ζυγίζει ακόμη περισσότερο λόγω της πολύ χαμηλότερης ενεργειακής του απόδοσης.

Τι προκύπτει από όλα αυτά; Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει καμία απολύτως ανάγκη μετάδοσης δεδομένων και προς τις δύο κατευθύνσεις με χρήση λέιζερ, αρκεί να τα μεταδώσετε μόνο από τον δορυφόρο σε ένα οπτικό κανάλι και στον δορυφόρο (SC) σε ένα ραδιοφωνικό κανάλι, όπως πριν. Φυσικά, αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει ακόμα να χρησιμοποιήσετε μια κατευθυντική παραβολική κεραία για λήψη, κάτι που δεν είναι καλό για το βάρος του διαστημικού σκάφους. Αλλά πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η κεραία λήψης, όπως και ο ίδιος ο δέκτης, θα εξακολουθεί να ζυγίζει αρκετές φορές λιγότερο από αυτήν για μετάδοση. Επειδή μπορούμε να κάνουμε την ισχύ ενός επίγειου πομπού τάξεων μεγέθους πιο ισχυρή από ό,τι σε ένα διαστημόπλοιο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρειαζόμαστε μεγάλη κεραία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, δεν θα χρειαστεί καθόλου κατευθυντική κεραία.

Οτι. έχουμε μείωση του βάρους του διαστημικού σκάφους σχεδόν κατά αρκετές φορές, καθώς και στην κατανάλωση ενέργειας. Που είναι ένας άμεσος δρόμος προς τη δυνατότητα καθολικής χρήσης μικροδορυφόρων για επικοινωνίες, εξερεύνηση του διαστήματος και άλλες ανάγκες, που σημαίνει απότομη μείωση του κόστους του διαστήματος. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό.

Αρχικά, ας εξετάσουμε έναν τρόπο επίλυσης του προβλήματος της κατεύθυνσης μιας δέσμης λέιζερ από έναν δορυφόρο σε έναν επίγειο δέκτη. Με την πρώτη ματιά, το πρόβλημα είναι σοβαρό, και σε ορισμένες περιπτώσεις, εντελώς άλυτο (αν ο δορυφόρος δεν βρίσκεται σε γεωστατικό σταθμό). Αλλά το ερώτημα είναι: είναι απαραίτητο να στρέφουμε τη δέσμη προς τον δέκτη;

Τρώω γνωστό θέμα- αυτή είναι η απόκλιση και η εξασθένηση της δέσμης λέιζερ όταν διέρχεται από την ατμόσφαιρα. Το πρόβλημα επιδεινώνεται ιδιαίτερα όταν η δοκός διέρχεται από στρώματα με διαφορετικές πυκνότητες. Όταν διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ των μέσων, μια δέσμη φωτός, συμπεριλαμβανομένης. και η δέσμη λέιζερ αντιμετωπίζει ιδιαίτερα ισχυρές διαθλάσεις, σκέδαση και εξασθένηση. Σε αυτή την περίπτωση, μπορούμε να παρατηρήσουμε ένα είδος φωτεινής κηλίδας που προκύπτει ακριβώς από τη διέλευση μιας τέτοιας διεπαφής μεταξύ των μέσων. Υπάρχουν πολλά τέτοια όρια στην ατμόσφαιρα της Γης - σε υψόμετρο περίπου 2 km (ενεργό καιρικό ατμοσφαιρικό στρώμα), σε υψόμετρο περίπου 10 km και σε υψόμετρο περίπου 80-100 km, δηλαδή ήδη στα όρια του διαστήματος . Τα ύψη των στρωμάτων δίνονται για τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη το καλοκαίρι. Για άλλα γεωγραφικά πλάτη και άλλες εποχές, τα ύψη και ο αριθμός των διεπαφών μεταξύ των μέσων μπορεί να διαφέρουν πολύ από αυτά που περιγράφονται.

Οτι. Όταν εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης, μια ακτίνα λέιζερ, η οποία προηγουμένως είχε διανύσει ήρεμα εκατομμύρια χιλιόμετρα χωρίς απώλειες (εκτός ίσως από μια μικρή αποεστίαση), χάνει τη μερίδα του λέοντος από τη δύναμή της σε μερικές ατυχείς δεκάδες χιλιόμετρα. Ωστόσο, μπορούμε κάλλιστα να μετατρέψουμε αυτό το φαινομενικά κακό γεγονός προς όφελός μας. Για αυτό το γεγονός μας επιτρέπει να κάνουμε χωρίς καμία σοβαρή στόχευση της δέσμης στον δέκτη. Διότι ως τέτοιος δέκτης, ή μάλλον πρωταρχικός δέκτης, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ίδια την ατμόσφαιρα της Γης, ή μάλλον αυτά ακριβώς τα όρια μεταξύ στρωμάτων και περιβαλλόντων. Μπορούμε απλά να στρέψουμε το τηλεσκόπιο στο σημείο φωτός που προκύπτει και να διαβάσουμε πληροφορίες από αυτό. Φυσικά, αυτό θα αυξήσει σημαντικά το μέγεθος των παρεμβολών και θα μειώσει την ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων. Και θα το κάνει εντελώς αδύνατο τη μέρα για προφανείς λόγους - τον ήλιο! Πόσο όμως μπορούμε να μειώσουμε το κόστος ενός δορυφόρου εξοικονομώντας το σύστημα καθοδήγησης! Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για δορυφόρους σε μη σταθερές τροχιές, καθώς και για διαστημόπλοια για έρευνα στο βαθύ διάστημα. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη ότι τα λέιζερ, ακόμη και με τόσο χαμηλής ποιότητας, όχι στενή ζώνη συχνοτήτων όπως τα κινέζικα λέιζερ, μπορούν ρεαλιστικά να φιλτραριστούν από παρεμβολές χρησιμοποιώντας φίλτρα φωτός ή φωτοανιχνευτές στενής συχνότητας.

Όχι λιγότερο σημαντική θα μπορούσε να είναι η χρήση της επικοινωνίας λέιζερ όχι για το διάστημα, αλλά για την επίγεια επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων με τρόπο παρόμοιο με τροποσφαιρική επικοινωνία. Αυτό αναφέρεται στη μετάδοση δεδομένων με λέιζερ χρησιμοποιώντας επίσης ατμοσφαιρική σκέδαση στις διεπαφές των ατμοσφαιρικών στρωμάτων από ένα σημείο στην επιφάνεια της Γης στο άλλο. Η εμβέλεια μιας τέτοιας επικοινωνίας μπορεί να φτάσει εκατοντάδες και χιλιάδες χιλιόμετρα, και ακόμη περισσότερα όταν χρησιμοποιείται η αρχή του ρελέ.

Ετικέτες: επικοινωνία με λέιζερ, χώρος

4 Οκτωβρίου 2012 στις 3:54 μ.μ

Για πρώτη φορά, ευρυζωνικές πληροφορίες μεταδόθηκαν από το ISS μέσω ενός καναλιού λέιζερ σε έναν επίγειο σταθμό

Ασύρματες τεχνολογίες,
Πρότυπα επικοινωνίας

Στις 2 Οκτωβρίου 2012, από το ρωσικό τμήμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, για πρώτη φορά, ευρυζωνικές πληροφορίες μεταδόθηκαν μέσω καναλιού λέιζερ σε επίγειο σταθμό

Ως μέρος του διαστημικού πειράματος (SES) για τη δοκιμή εξοπλισμού και την επίδειξη της ρωσικής τεχνολογίας για τη δημιουργία διαστημικών συστημάτων μετάδοσης πληροφοριών με λέιζερ, που διεξήχθη από την JSC NPK SPP μαζί με την JSC RSC Energia, πραγματοποιήθηκε μια συνεδρία μετάδοσης πληροφοριών από ένα τερματικό επικοινωνίας εγκατεστημένο στο πλοίο το ISS RS , στο τερματικό λέιζερ του επίγειου σημείου του σταθμού οπτικής παρατήρησης Arkhyz στον Βόρειο Καύκασο (υποκατάστημα της OJSC NPK SPP).
Πληροφορίες με συνολικό όγκο 2,8 Gigabyte μεταφέρθηκαν με ταχύτητα 125 Mbit/s.
Αυτό το βήμα ανοίγει το δρόμο για την ευρεία εισαγωγή γραμμών επικοινωνίας λέιζερ στη ρωσική διαστημική τεχνολογία, η οποία, με μικρότερες παραμέτρους βάρους και μεγέθους του εξοπλισμού επί του οχήματος, μπορεί ενδεχομένως να προσφέρει εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα ροής πληροφοριών (έως δεκάδες gigabit ανά δευτερόλεπτο ).
Νέα από την Ομοσπονδιακή Διαστημική Υπηρεσία

Διαδίκτυο στον ISS

Χμ, σκέφτηκα, εκεί (στο ISS) υπάρχει σίγουρα ήδη Internet. Οι κάμερες λειτουργούν, ώστε να μπορείτε να παρακολουθείτε τηλεόραση στο σπίτι ενώ τρώτε δείπνο. Γιατί χρειάζεστε ένα σύστημα λέιζερ; Εξάλλου, απαιτεί ακριβή στόχευση και ο καιρός εδώ στη Γη δεν είναι πάντα ευχάριστος. Και ακόμη και όταν τα λέιζερ μας κάνουν τους ανθρώπους ευτυχισμένους, δεν υπάρχει ακόμα πολλή χαρά. Πάμε να δούμε.

Ναι, υπάρχει πραγματικά Διαδίκτυο στον ISS. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί από αστροναύτες, διανέμεται ακόμη και μέσω Wi-Fi. Αλλά αποδεικνύεται ότι δεν ήταν εκεί τόσο πολύ. Σύνολο από το 2010. Και σε ταχύτητες dial-up. Το πρόβλημα, λένε, δεν είναι η κακή σύνδεση, αλλά η τεράστια σχετική ταχύτητα του σταθμού. Τα δεδομένα δεν μπορούν να συμβαδίσουν. Εικόνες με γάτες πετούν στο διάστημα, αλλά οι αστροναύτες έχουν ήδη φύγει.

«Μπορείτε να καλέσετε από το ISS χρησιμοποιώντας δορυφορικό τηλέφωνο προς οπουδήποτε στη Γη. Το κύριο πράγμα είναι να έχουμε ελεύθερο χρόνο και δορυφορικές επικοινωνίες. Δυστυχώς, αυτό δεν είναι πάντα δυνατό. Επίσης μέσω αυτού του καναλιού επικοινωνίας (KU-band) μπορούμε να συνεργαστούμε με το Διαδίκτυο. Η ταχύτητα είναι αργή, αλλά μπορείτε να δείτε τις ειδήσεις. Για ευκολία, υπάρχει και επί του σκάφους πρόγραμμα αλληλογραφίας. Πριν την έναρξη υποβάλλουμε λίστες διευθύνσεις ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, από τον οποίο θα λάβουμε αλληλογραφία κατά τη διάρκεια της πτήσης σε μια ειδική διεύθυνση της NASA. Οι λίστες μπορούν να προσαρμοστούν κατά τη διάρκεια μιας αποστολής. Αυτό το μήνυμα αποστέλλεται σε εμάς κατά τη διάρκεια του λεγόμενου συγχρονισμού, περίπου 3-4 φορές την ημέρα», σημείωσε ο Shkaplerov.
www.ria.ru 20/02/2012

Ραδιοεπικοινωνία

Είναι πραγματικά τόσο κακό με τις ραδιοεπικοινωνίες;
Οι πληροφορίες από το Voyager μεταδίδονται στη Γη άκαμπτα προσαρτημένες στο κύτος παραβολική κεραίαμε διάμετρο 3,65 μέτρα, το οποίο θα πρέπει να είναι προσανατολισμένο ακριβώς προς τον πλανήτη μας. Δύο ραδιοπομποί με ισχύ 23 Watt ο καθένας στέλνουν σήματα μέσω αυτού σε συχνότητες 2295 MHz και 8418 MHz. Για αξιοπιστία, καθένα από αυτά είναι διπλό. Τα περισσότερα από τα δεδομένα μεταδίδονται στη Γη με ταχύτητα 160 bps - αυτή είναι μόνο τρεις έως τέσσερις φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα πληκτρολόγησης ενός επαγγελματία δακτυλογράφου και 300 φορές πιο αργή μόντεμ τηλεφώνου. Για τη λήψη του σήματος στη Γη, χρησιμοποιούνται κεραίες 34 μέτρων του δικτύου επικοινωνιών βαθέων διαστημάτων της NASA, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται οι μεγαλύτερες κεραίες 70 μέτρων και στη συνέχεια η ταχύτητα μπορεί να αυξηθεί στα 600 και ακόμη και στα 1400 bps. Καθώς ένας σταθμός απομακρύνεται, το σήμα του εξασθενεί, αλλά το πιο σημαντικό, η ισχύς των γεννητριών ραδιοϊσοτόπων που τροφοδοτούν τους πομπούς μειώνεται σταδιακά. Αναμένεται ότι ο σταθμός θα μπορεί να μεταδίδει επιστημονικά δεδομένα για τουλάχιστον άλλα 10 χρόνια, μετά τα οποία θα σταματήσουν οι επικοινωνίες μαζί του.
«Διαστημικές ραδιοφωνικές συνδέσεις

Το Mars Reconnaissance Orbiter, το οποίο εισήλθε στην τροχιά του Άρη στις 10 Μαρτίου 2006, μπορεί να υπερηφανεύεται για την υψηλότερη ταχύτητα μεταφοράς διαπλανητικών δεδομένων σήμερα. Είναι εξοπλισμένο με πομπό 100 watt με παραβολική κεραία τριών μέτρων και μπορεί να μεταδώσει πληροφορίες με ταχύτητες έως και 6 megabit ανά δευτερόλεπτο. Είναι ακόμα δύσκολο να παραδοθεί ένας μεγαλύτερος και ισχυρότερος πομπός στον Άρη.
"Διαστημικές ραδιοφωνικές γραμμές" ("Aound the World", No. 10 (2805) | Οκτώβριος 2007)

Λέιζερ

Η μόνη διαφορά μεταξύ της ακτινοβολίας λέιζερ και της ραδιοακτινοβολίας είναι η συχνότητα. Συχνότητα φωτός - ~6*10^14Hz, λέιζερ 1,5 micron - 2*10^14Hz. Οι ραδιοπομποί στα διαστημόπλοια λειτουργούν σε συχνότητα πολλών GHz. Το Radio Ultra στη Μόσχα εκπέμπεται στα 100,5 MHz.
Η υψηλή συχνότητα και, κατά συνέπεια, το μικρό μήκος κύματος είναι και το δώρο και η κατάρα της ακτινοβολίας λέιζερ. Χρησιμοποιώντας την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αυτής της συχνότητας για επικοινωνία, μεταφέρουμε όλες τις ασθένειές της στο φορτίο - χαμηλή διεισδυτική ικανότητα, στενή εστίαση (αυτό, φυσικά, μπορεί να μην είναι ασθένεια εάν λυθεί το πρόβλημα της απόκρυψης του καναλιού επικοινωνίας) κ.λπ. Η δέσμη λέιζερ έχει σχήμα Gauss:

Εκείνοι. Όσο πιο μακριά από το έδαφος, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η περιοχή του σημείου λέιζερ και, κατά συνέπεια, τόσο μικρότερο μέρος των φωτονίων θα συμμετέχει στην πραγματική μετάδοση πληροφοριών. Εκείνοι. Ένα λέιζερ, ακόμη και αν ληφθεί υπόψη η απουσία εμποδίων στη διάδοση της ακτινοβολίας στο διάστημα, δεν θα γίνει ακόμα διαστρικό μέσο επικοινωνίας. Τι γίνεται με το διαπλανητικό;

Η πρώτη επικοινωνία με λέιζερ στο διάστημα πραγματοποιήθηκε στις 21 Νοεμβρίου 2002. Ο ευρωπαϊκός δορυφόρος τηλεπισκόπησης της Γης SPOT 4, που βρίσκεται σε τροχιά σε υψόμετρο 832 χιλιομέτρων, έχει δημιουργήσει επαφή με ένα πειραματικό διαστημόπλοιοΗ Άρτεμις, σε τροχιά σε υψόμετρο 31.000 χιλιομέτρων, μετέδωσε εικόνες από την επιφάνεια της γης. Και πρόσφατα, το Εργαστήριο Λίνκολν στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), μαζί με τη NASA, άρχισαν να αναπτύσσουν ένα σύστημα λέιζερ για επικοινωνίες στο βάθος του διαστήματος. Το πρώτο δοκιμαστικό λέιζερ επικοινωνιών σχεδιάζεται να σταλεί στον Άρη το 2009. Αναμένεται ότι αυτός ο πομπός 5 watt θα παρέχει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων έως και 30 megabit ανά δευτερόλεπτο κατά την περίοδο της πλανητικής σύγκλισης.
"Διαστημικές ραδιοφωνικές γραμμές" ("Aound the World", No. 10 (2805) | Οκτώβριος 2007)
Πιο πρόσφατες ειδήσεις, ωστόσο, κάνουν λόγο για δοκιμή του καναλιού λέιζερ Mars-Earth το 2012.

Το σύστημα που αντάλλαξε δεδομένα με τη Γη από τον ΔΔΣ στο 2ο κατασκευάζεται από την JSC NPK SPP. Απλά λίγες πληροφορίες σχετικά με το σύστημα (είτε αυτό που βρίσκεται στο ISS, είτε παρόμοιο) μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπό τους. Επιτρέψτε μου να επαναλάβω αυτές τις πληροφορίες εδώ:

Διαδορυφορικά συστήματα μετάδοσης πληροφοριών λέιζερ με ταχύτητες έως 600 Mbit/s και εύρος από 1 έως 6 χιλιάδες km (γραμμές NKA-NKA) από 30 έως 46 χιλιάδες km (γραμμές NKA-GKA):

Τερματικό για τη διεξαγωγή διαστημικών πειραμάτων σε επικοινωνίες λέιζερ στη διαδρομή Board-Earth για το ISS:

Μήκος διαδρομής - έως 2000 km
Βάρος τερματικού με πλαίσιο μεταφοράς - 80 kg
Κατανάλωση ισχύος - 150 W
Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων - έως 600 Mbit/s
Μήκος κύματος πομπού - 1550 nm
Μήκος κύματος φάρου - 810 nm
Μοτίβο πομπού - 50 τόξο. δευτ
Ακρίβεια κατάδειξης - 10 τόξο. δευτ

Αυτό ολοκληρώνει την ομιλία μου. Συγγνώμη για ένας μεγάλος αριθμός από copy-paste και συνδέσμους, ελπίζω οι πληροφορίες να είναι ενδιαφέρουσες. Κι όμως, είμαι εξοργισμένος: το GLONASS αναφέρεται ως ξεχωριστός κόμβος για εμάς, αλλά η αστροναυτική (όπως το καταλαβαίνω, αυτό είναι ένας μεγάλος όγκος κόμβων για οτιδήποτε έχει να κάνει με το διάστημα) είναι ένας κόμβος εκτός θέματος. Είναι ένα χάος, παιδιά. Θα άλλαζα θέση.

Τα ραδιοκύματα δεν είναι το μόνο μέσο επικοινωνίας με εξωγήινους πολιτισμούς. Υπάρχουν και άλλοι τρόποι, όπως φωτεινά σήματα. Δεδομένου ότι το φωτεινό σήμα θα πρέπει να διανύσει μια τεράστια απόσταση, πρέπει να έχει τις απαραίτητες ιδιότητες: να έχει αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσει αυτό το μονοπάτι. Είναι εύκολο να δει κανείς ότι οι οπτικοί προβολείς δεν είναι κατάλληλοι για την αποστολή τέτοιων φωτεινών σημάτων. Δημιουργούν αποκλίνουσες ακτίνες φωτός. Επομένως, όσο πιο μακριά από τα φώτα της δημοσιότητας, τόσο πιο φαρδιά γίνεται η δέσμη. Σε τεράστιες αποστάσεις είναι επίσης πολύ μεγάλο. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας είναι πολύ μικρή.

Εάν χρησιμοποιείτε τον πιο σύγχρονο οπτικό προβολέα, ο οποίος δημιουργεί μια δέσμη φωτός (δέσμη) πλάτους μόνο μισής μοίρας, τότε ήδη σε απόσταση 50 χιλιομέτρων το φωτεινό σημείο που δημιουργείται από τον προβολέα θα είναι 450 μέτρα. Ένας τέτοιος προβολέας που θα εγκατασταθεί στη Γη θα δημιουργήσει ένα φωτεινό σημείο με διάμετρο 3000 χιλιομέτρων στη Σελήνη! Είναι σαφές ότι σε αυτή την περίπτωση η φωτεινή ενέργεια διασκορπίζεται σε μια μεγάλη περιοχή και ο φωτισμός της επιφάνειας γίνεται πολύ λιγότερος από ό,τι αν αυτό το σημείο ήταν μόνο 10 ή 100 μέτρα. Το σημείο που σχηματίστηκε από τον προβολέα της γης στην επιφάνεια της Σελήνης δεν μπορεί να ανιχνευθεί. Όμως η Σελήνη είναι δίπλα μας. Τι απομένει από την ενεργειακή πυκνότητα σε αποστάσεις εκατοντάδων ετών φωτός; Σχεδόν τίποτα. Επομένως, δεν έχει νόημα να εξετάσουμε περαιτέρω μια τέτοια ασήμαντη πηγή φωτεινών σημάτων. Αλλά τα απαραίτητα οπτικά σήματα μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας λέιζερ, τα οποία ήταν η ενσάρκωση των ιδεών του Αλεξέι Τολστόι (του υπερβολοειδούς του μηχανικού Garin) και του H. Wells (η θερμική ακτίνα των Αρειανών).

Όσον αφορά την ακτινοβολία λέιζερ ως μέσο επικοινωνίας με εξωγήινους, δύο από τις ιδιότητές της είναι σημαντικές εδώ. Το πρώτο είναι η δυνατότητα εκπομπής μιας πρακτικά μη αποκλίνουσας δέσμης φωτός (δέσμη), η οποία, όπως είδαμε, δεν μπορεί να γίνει με τη χρήση συμβατικών προβολέων. Το δεύτερο είναι η ικανότητα δημιουργίας ισχυρών φωτεινών σημάτων που μπορούν να φτάσουν σε αστέρια που βρίσκονται εκατοντάδες και χιλιάδες έτη φωτός μακριά.

Μια σημαντική ιδιότητα της ακτινοβολίας λέιζερ είναι η μονοχρωματικότητά της (κυριολεκτικά «μονόχρωμη»). Φυσικά, αυτό σημαίνει ότι η ακτινοβολία έχει αυστηρά σταθερό μήκος κύματος, άρα και χρώμα. Ταυτόχρονα, υπάρχουν λέιζερ που εκπέμπουν ένα αυστηρά καθορισμένο μήκος κύματος, η τιμή του οποίου καθορίζεται από την «εργαζόμενη ουσία» του λέιζερ. Μια τέτοια ουσία μπορεί να είναι αέρια, υγρή ή στερεή. Στην αρχή χρησιμοποιήθηκε κυρίως συνθετικός κρύσταλλος ρουμπίνι. Όταν χρησιμοποιείται γυαλί ενεργοποιημένου νεοδυμίου, το μήκος κύματος ακτινοβολίας είναι 1,06 μικρά. Η ουσία εργασίας που χρησιμοποιείται είναι, ειδικότερα, το διοξείδιο του άνθρακα CO2 και πολλές άλλες ουσίες. Τα υγρά λέιζερ επιτρέπουν την εκπομπή σε διαφορετικά μήκη κύματος (σε μια δεδομένη περιοχή). Η ακτινοβολία εμφανίζεται εναλλάξ, σε κάθε χρονική στιγμή εκπέμπεται ένα αυστηρά καθορισμένο μήκος κύματος.

Είναι επίσης σημαντικό τα συστήματα λέιζερ να επιτρέπουν την εκπομπή πολύ σύντομων παλμών φωτός. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για τη μετάδοση πληροφοριών (με αλληλουχίες παλμών). Το μήκος του παλμού μπορεί να είναι τόσο μικρό που μπορούν να «στοιβαστούν» έως και χίλια δισεκατομμύρια παλμοί σε ένα δευτερόλεπτο. Κατά την εκπομπή, οι παλμοί διαδέχονται ο ένας τον άλλον με κάποια καθυστέρηση. Τα σύγχρονα λέιζερ καθιστούν δυνατή την παραγωγή παλμών υψηλής ισχύος. Έτσι, ακόμη και παλμοί τόσο σύντομοι όσο αυτοί που δίνονται παραπάνω μπορεί να έχουν ενέργεια μεγαλύτερη από 10 joules! Όσο μεγαλύτερος είναι ο παλμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που περιέχει. Στη λειτουργία «ελεύθερης παραγωγής», όταν το ίδιο το λέιζερ ρυθμίζει το μήκος των εκπεμπόμενων παλμών και είναι της τάξης του χιλιοστού του δευτερολέπτου, η ενέργεια κάθε παλμού μπορεί να φτάσει αρκετές χιλιάδες τζάουλ. Τα λέιζερ καθιστούν δυνατή την εκπομπή όχι μόνο σύντομων παλμών φωτός, αλλά και συνεχώς. Για παράδειγμα, τα λέιζερ αερίου που τροφοδοτούνται από διοξείδιο του άνθρακα μπορούν να λειτουργούν σε λειτουργία συνεχούς lasing. Στην περίπτωση αυτή, η ακτινοβολία χαρακτηρίζεται όχι από την ενέργεια κάθε παλμού (αφού δεν υπάρχουν μεμονωμένοι παλμοί), αλλά από την ενέργεια ανά μονάδα χρόνου ή, με άλλα λόγια, την ισχύ. Έτσι, η ισχύς των λέιζερ που λειτουργούν με διοξείδιο του άνθρακα φτάνει αρκετές δεκάδες κιλοβάτ.

Η ακτινοβολία λέιζερ είναι επίσης διάσπαρτη, αλλά πολύ μικρότερη από αυτή των προβολέων. Αυτό καθορίζεται από το μέγεθος της ουσίας εργασίας. Η ακτινοβολία από την επιφάνεια της ουσίας εργασίας εμφανίζεται αυστηρά με την ίδια φάση (σε φάση) σε ολόκληρη την επιφάνειά της. Επομένως, το πλάτος της δέσμης που στέλνει το λέιζερ εξαρτάται από το μέγεθος του μπλοκ «εργαζόμενης ουσίας», δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια, τόσο στενότερη είναι η δέσμη του εκπεμπόμενου φωτός. Η εξάρτηση του πλάτους της δέσμης από το μήκος κύματος είναι άμεση: όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο ευρύτερη είναι η δέσμη που στέλνει το λέιζερ. Αλλά ακόμη και με τα συνηθισμένα λέιζερ, στα οποία το μέγεθος της ουσίας εργασίας είναι περίπου 1 εκατοστό, η γωνία της δέσμης φωτός είναι 200 φορές μικρότερη από αυτή ενός προβολέα. Είναι 10 δευτερόλεπτα του τόξου. Υπάρχουν φυσικά λέιζερ με σημαντικά μικρότερες γωνίες εκπομπής φωτός.

Για να απαλλαγούμε από την απόκλιση των ακτίνων, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε ένα οπτικό σύστημα όπως ένα τηλεσκόπιο που κατευθύνει τη διαδρομή των ακτίνων. Εάν μια δέσμη ακτινοβολίας λέιζερ διέλθει μέσω ενός φακού του οποίου η εστιακή απόσταση είναι ίση με τη διάμετρό του, τότε η πραγματική εικόνα της δέσμης στο εστιακό επίπεδο θα έχει διαστάσεις ίσο με μήκοςκυματιστά. Στη συνέχεια, στο σημείο όπου λήφθηκε αυτή η πραγματική εικόνα της δέσμης, τοποθετούμε την εστίαση ενός άλλου φακού (ή καθρέφτη), η διάμετρος του οποίου είναι πολύ μεγαλύτερη από τον πρώτο. Για τον δεύτερο φακό, η εστιακή απόσταση μπορεί να είναι μεγαλύτερη από τη διάμετρό του, αλλά μπορεί επίσης να είναι ίση με αυτόν (όπως με τον πρώτο φακό). Αυτός ο συνδυασμός δύο φακών οδηγεί στο γεγονός ότι μια δέσμη θα αναδυθεί από τον δεύτερο μεγάλο φακό (καθρέφτη), η γωνία απόκλισης της οποίας θα μειωθεί (σε σύγκριση με την αρχική που εισέρχεται στο τηλεσκόπιο) τόσες φορές όσο η διάμετρος του δεύτερου φακού (καθρέφτης) είναι μεγαλύτερο από το μήκος του εκπεμπόμενου κύματος. Έτσι, είναι πολύ πιθανό να μειωθεί η γωνία απόκλισης της δέσμης λέιζερ όσο επιθυμείτε.

Για την επικοινωνία με εξωγήινους, τόσο τα συστήματα επικοινωνίας που είναι κατασκευασμένα σε ένα μόνο λέιζερ όσο και αυτά που είναι ενσωματωμένα ολόκληρο το σύστημα(μπαταρία) λέιζερ. Εάν χρησιμοποιείτε λέιζερ συνεχούς εκπομπής ισχύος 10 κιλοβάτ και έναν επιπλέον μεγάλο καθρέφτη με διάμετρο 5 μέτρων, μπορείτε να περιορίσετε τη γωνία δέσμης σε 0,02 τόξο δευτερολέπτου.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε όχι έναν μεγάλο καθρέφτη, αλλά έναν ορισμένο αριθμό καθρεφτών με μικρή διάμετρο (ας πούμε, 10 εκατοστά). Τότε το σύστημα πρέπει να περιέχει τόσα λέιζερ όσα και καθρέφτες. Όλα πρέπει να είναι πολύ αυστηρά προσανατολισμένα. Εάν πάρετε 25 λέιζερ, μπορείτε να επιτύχετε γωνία δέσμης ίση με ένα δευτερόλεπτο τόξου.

Το πλεονέκτημα των συστημάτων λέιζερ (μπαταρίες) για διαστημικές επικοινωνίες είναι ότι κατά τη λειτουργία του μπορεί να αποκλειστεί η επίδραση της γήινης ατμόσφαιρας. Εάν εργάζεστε με ένα λέιζερ, τότε λόγω ατμοσφαιρικών διαταραχών, η γωνία δέσμης γίνεται σημαντικά μεγαλύτερη από ό,τι απουσία τέτοιας επιρροής. Αυτή η επιρροή μπορεί να παρακαμφθεί εάν το σύστημα λέιζερ τοποθετηθεί έτσι ώστε η δέσμη λέιζερ να μην διέρχεται από την ατμόσφαιρα, δηλαδή να τοποθετηθεί σε μια τεχνητή δορυφορική πλατφόρμα. Σε αυτή την περίπτωση, δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε μπαταρία συστημάτων λέιζερ.

Για πρώτη φορά, η δυνατότητα επικοινωνίας με εξωγήινους πολιτισμούς με χρήση ακτίνας λέιζερ αναλύθηκε επιστημονικά το 1961 από τον βραβευμένο βραβείο Νόμπελ C.H. Townsom και R.I. Σβαρτς. Έκτοτε, η τεχνολογία λέιζερ στον κόσμο έχει βελτιωθεί και οι συνθήκες επικοινωνίας με λέιζερ έχουν γίνει πιο ευνοϊκές. Το κύριο πράγμα που πρέπει να παρέχει αυτή η τεχνική είναι επαρκής ισχύς ακτινοβολίας και η δυνατότητα διαχωρισμού της ακτινοβολίας λέιζερ που μας στέλνουν οι εξωγήινοι από την ακτινοβολία των αστεριών. Πώς να διαχωρίσετε το φως λέιζερ από το φως των αστεριών; Αυτή η ερώτηση δεν είναι καθόλου απλή και μπορεί να λυθεί μόνο χάρη στην ειδική ιδιότητα της ακτινοβολίας λέιζερ - την υψηλή μονοχρωματικότητά της. Ένα αστέρι (όπως ο Ήλιος) εκπέμπει φως σε διαφορετικά μήκη κύματος. Το λέιζερ εκπέμπει μόνο σε ένα αυστηρά καθορισμένο μήκος κύματος, ας πούμε 0,5 μικρά. Σε αυτό το μήκος κύματος ο Ήλιος εκπέμπει η μεγαλύτερη ενέργεια. Ωστόσο, η ακτινοβολία λέιζερ είναι 25 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου ή άλλου παρόμοιου αστέρα. Φυσικά, αυτό ισχύει μόνο για το συγκεκριμένο μήκος κύματος. Σε άλλα μήκη κύματος (όπως η υπεριώδης και η υπέρυθρη περιοχή του φάσματος) αυτή η αναλογία θα ήταν ακόμη μεγαλύτερη, αφού σε αυτά τα μήκη κύματος ο Ήλιος εκπέμπει λιγότερο από περίπου πράσινο φως (0,5 μm).

Έτσι, ακόμη και η σύγχρονη τεχνολογία λέιζερ καθιστά δυνατή τη δημιουργία ακτινοβολίας της οποίας η ένταση σε ένα δεδομένο μήκος κύματος είναι επαρκής για να απομονωθεί από κάθε αστρική ακτινοβολία. Για να επιτύχετε ακόμα καλύτερη απελευθέρωση ακτινοβολίας λέιζερ, πρέπει να «εργαστείτε» κοντά στις γραμμές απορρόφησης του Ήλιου (ή ενός άλλου άστρου), δηλαδή στην περιοχή όπου απορροφάται μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας και παρεμβαίνει λιγότερο στην απελευθέρωση ακτινοβολίας λέιζερ . Εάν το λέιζερ λειτουργεί σε μήκος κύματος 0,15 microns, τότε η φασματική του ένταση μπορεί να είναι δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας σε αυτό το μήκος κύματος, καθώς βρίσκεται στην περιοχή απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας. Φυσικά, μια τέτοια εγκατάσταση λέιζερ πρέπει να βρίσκεται εκτός της γήινης ατμόσφαιρας, διαφορετικά η ακτινοβολία λέιζερ θα απορροφηθεί από το ατμοσφαιρικό αέριο. Έτσι, όταν καταγράφουμε και αναλύουμε το φως από μακρινά αστέρια, πρέπει να έχουμε κατά νου ότι η ακτινοβολία λέιζερ που στέλνεται από εξωγήινους πολιτισμούς μπορεί να ανιχνευθεί στο φόντο αυτής της ακτινοβολίας. Θα εμφανιστεί ως μια στενή γραμμή. Αλλά για αυτό είναι απαραίτητο να αναλυθεί η ακτινοβολία των αστεριών χρησιμοποιώντας φασματογράφους υψηλής ποιότητας. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν φίλτρα πολύ στενής ζώνης. Φυσικά, διευκρινίζεται οπτικές συσκευέςπρέπει να είναι πολύ υψηλής ποιότητας: η ανάλυση του φασματογράφου πρέπει να είναι 0,03 A για να επιτευχθεί αντίθεση 10% της γραμμής λέιζερ πάνω από το φόντο. Η σύγχρονη οπτική τεχνολογία επιτρέπει να γίνει αυτό. Επομένως, τώρα μπορούμε να αρχίσουμε να πιάνουμε γραμμές ακτινοβολίας που ανήκουν σε συσκευές λέιζερ εξωγήινων πολιτισμών χρησιμοποιώντας τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια.

Έχουμε συζητήσει επανειλημμένα διάφορες πτυχές του φαινομένου Doppler στην ακτινοβολία μιας κινούμενης πηγής. Σε αυτή την περίπτωση, αυτό το φαινόμενο πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη, καθώς λόγω της κίνησης των δεκτών ακτινοβολίας προς την κατεύθυνση της ίδιας της ακτινοβολίας, θα πρέπει να συμβεί μια μετατόπιση (μετατόπιση Doppler) της συχνότητας ακτινοβολίας προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Για την ανίχνευση αυτής της ακτινοβολίας με μετατοπισμένη συχνότητα, είναι απαραίτητο να υπάρχουν φασματογράφοι με την κατάλληλη ανάλυση.

Έτσι, ακόμη σύγχρονο επίπεδοΗ τεχνολογία λέιζερ σάς επιτρέπει να λαμβάνετε σήματα λέιζερ από κοντινά αστέρια και να τα στέλνετε πίσω. Αλλά ένα ακόμη, ίσως το πιο σημαντικό, ερώτημα παραμένει: πού να στείλετε σήματα και πού να τα λάβετε; Και στις δύο περιπτώσεις, πρέπει να κατευθύνουμε τα τηλεσκόπια μας κάπου και με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Το ίδιο απαιτείται και από τους ανταποκριτές μας στο διάστημα. Αν βρίσκονται στα πλησιέστερα αστέρια (τους πλανήτες τους), τότε θα παρατηρήσουν την τροχιά της γης υπό γωνία ενός δευτερολέπτου τόξου. Προκειμένου η δέσμη λέιζερ τους να χτυπήσει τη Γη, πρέπει να τη στοχεύσουν με γωνιακή ανάλυση 0,02 δευτερολέπτων τόξου. Τέτοια ακρίβεια είναι τώρα διαθέσιμη στους αστρονόμους μας. Επομένως, πιστεύουμε ότι είναι επίσης εφικτό για εξωγήινους πολιτισμούς που αναζητούν επικοινωνία μαζί μας.

Είναι λογικό να φανταστούμε ότι οι εξωγήινοι, σε αναζήτηση επικοινωνίας μαζί μας, θα «ψάχνουν» με μια ακτίνα λέιζερ μέσα στο Ηλιακό Σύστημα. Αν κάνουν το πλάτος της δέσμης (δέσμης) λέιζερ μεγαλύτερο, τότε θα φωτίζει συνεχώς τη Γη και μπορεί να καταγραφεί σχετικά εύκολα. Όμως όσο πιο φαρδιά είναι η δέσμη, τόσο περισσότερη ενέργεια χρειάζεται να εκπέμπεται ώστε να είναι αρκετή για να καλύψει όλη την επιφάνεια που φωτίζει, ώστε να καταγραφεί. Θα μπορούσε όμως να σκεφτεί κανείς ότι αυτή η δυσκολία για τους εξωγήινους δεν θα είναι άλυτη. Τουλάχιστον στα επίγεια εργαστήρια, η αύξηση της ισχύος ακτινοβολίας λέιζερ συμβαίνει πολύ γρήγορα.

Η επικοινωνία με λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ιδιαίτερα αποτελεσματικά στο Ηλιακό Σύστημα. Χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένα σημείο στον Άρη με διάμετρο 5-7 χιλιομέτρων, το οποίο θα λάμπει περίπου 10 φορές πιο φωτεινό από την Αφροδίτη όταν παρατηρηθεί από τη Γη. Μια δέσμη λέιζερ μπορεί να μεταφέρει οποιαδήποτε πληροφορία: η έντασή της μπορεί να αλλάξει στο χρόνο σύμφωνα με οποιονδήποτε νόμο (με άλλα λόγια, η ακτινοβολία λέιζερ μπορεί να διαμορφωθεί ανάλογα). Η επιφάνεια της Σελήνης φωτίστηκε από μια ακτίνα λέιζερ. Στην πλευρά της Σελήνης που δεν φωτίζεται από τον Ήλιο, προκύπτει ένα φωτεινό σημείο με διάμετρο 40 μέτρων. Φωτίζεται 100 φορές λιγότερο από ό,τι στην περίπτωση του άμεσου ηλιακού φωτός.

Σήμερα είναι αδύνατο να φανταστούμε τη ζωή μας χωρίς υπολογιστές και δίκτυα που βασίζονται σε αυτούς. Η ανθρωπότητα στέκεται στο κατώφλι ενός νέου κόσμου στον οποίο ένα ενιαίο χώρος πληροφοριών. Σε αυτόν τον κόσμο, οι επικοινωνίες δεν θα παρεμποδίζονται πλέον από φυσικά όρια, χρόνο ή απόσταση.

Σήμερα υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός δικτύων σε όλο τον κόσμο που αποδίδουν διάφορες λειτουργίεςκαι επίλυση πολλών διαφορετικών προβλημάτων. Αργά ή γρήγορα, έρχεται πάντα μια στιγμή που η χωρητικότητα του δικτύου εξαντλείται και πρέπει να τοποθετηθούν νέες γραμμές επικοινωνίας. Αυτό είναι σχετικά εύκολο να γίνει μέσα σε ένα κτίριο, αλλά οι δυσκολίες αρχίζουν όταν συνδέουμε δύο παρακείμενα κτίρια. Απαιτούνται ειδικές άδειες, εγκρίσεις, άδειες για την εκτέλεση εργασιών, καθώς και η εκπλήρωση μιας σειράς πολύπλοκων τεχνικών απαιτήσεων και η ικανοποίηση σημαντικών οικονομικών αιτημάτων από φορείς διαχείρισης γης ή αποχέτευσης. Κατά κανόνα, γίνεται αμέσως σαφές ότι τα περισσότερα συντομότερος τρόποςμεταξύ δύο κτιρίων δεν είναι μια ευθεία γραμμή. Και δεν είναι καθόλου απαραίτητο το μήκος αυτού του μονοπατιού να είναι συγκρίσιμο με την απόσταση μεταξύ αυτών των κτιρίων.

Φυσικά, όλοι γνωρίζουν μια ασύρματη λύση που βασίζεται σε διάφορους ραδιοεξοπλισμούς (ραδιομόντεμ, γραμμές ραδιοφωνικών ρελέ μικρών καναλιών, ψηφιακοί πομποί μικροκυμάτων). Αλλά ο αριθμός των δυσκολιών δεν μειώνεται. Τα ραδιοκύματα είναι υπερκορεσμένα και η απόκτηση άδειας χρήσης ραδιοφωνικού εξοπλισμού είναι πολύ δύσκολη, και μερικές φορές ακόμη και αδύνατη. Και η απόδοση αυτού του εξοπλισμού εξαρτάται σημαντικά από το κόστος του.

Σας προσφέρουμε να επωφεληθείτε από τη νέα οικονομική μορφή ασύρματη επικοινωνία, που προέκυψε πολύ πρόσφατα, είναι η επικοινωνία με λέιζερ. Αυτή η τεχνολογία έλαβε τη μεγαλύτερη ανάπτυξη στις ΗΠΑ, όπου αναπτύχθηκε. Οι επικοινωνίες λέιζερ παρέχουν μια οικονομικά αποδοτική λύση στο πρόβλημα των αξιόπιστων, υψηλής ταχύτητας επικοινωνιών μικρής εμβέλειας (1,2 km) που μπορεί να προκύψουν κατά τη σύνδεση τηλεπικοινωνιακών συστημάτων από διαφορετικά κτίρια. Η χρήση του θα επιτρέψει την ενοποίηση τοπικών δικτύων με παγκόσμια, την ενοποίηση τοπικών δικτύων απομακρυσμένα μεταξύ τους, καθώς και την κάλυψη των αναγκών ψηφιακή τηλεφωνία. Η επικοινωνία με λέιζερ υποστηρίζει όλες τις απαραίτητες διεπαφές για αυτούς τους σκοπούς - από το RS-232 έως το ATM.

Πώς λειτουργεί η επικοινωνία;

Η επικοινωνία με λέιζερ επιτρέπει συνδέσεις από σημείο σε σημείο με ταχύτητες μεταφοράς πληροφοριών έως και 155 Mbit/s. Στα δίκτυα υπολογιστών και τηλεφώνου, η επικοινωνία με λέιζερ διασφαλίζει την ανταλλαγή πληροφοριών στη λειτουργία full duplex. Για εφαρμογές που δεν απαιτούν υψηλή ταχύτηταμετάδοσης (για παράδειγμα, για μετάδοση σημάτων βίντεο και ελέγχου σε τεχνολογικά και τηλεοπτικά συστήματα ασφαλείας), υπάρχει μια ειδική οικονομικά αποδοτική λύση με ανταλλαγή μισής διπλής όψης. Όταν πρέπει να συνδυάσετε όχι μόνο υπολογιστή, αλλά και τηλεφωνικά δίκτυα, μοντέλα συσκευών λέιζερ με ενσωματωμένο πολυπλέκτη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ταυτόχρονη μετάδοση κίνησης LAN και ροών ψηφιακής ομαδικής τηλεφωνίας (E1/ICM30).

Οι συσκευές λέιζερ μπορούν να μεταδώσουν οποιαδήποτε ροή δικτύου που τους παραδίδεται χρησιμοποιώντας οπτική ίνα ή καλώδιο χαλκού προς την εμπρός και την αντίστροφη κατεύθυνση. Ο πομπός μετατρέπει τα ηλεκτρικά σήματα σε διαμορφωμένη ακτινοβολία λέιζερ στην υπέρυθρη περιοχή με μήκος κύματος 820 nm και ισχύ έως και 40 mW. Η επικοινωνία με λέιζερ χρησιμοποιεί την ατμόσφαιρα ως μέσο διάδοσης. Στη συνέχεια, η δέσμη λέιζερ χτυπά έναν δέκτη που έχει μέγιστη ευαισθησία εντός του εύρους μήκους κύματος της ακτινοβολίας. Ο δέκτης μετατρέπει την ακτινοβολία λέιζερ σε σήματα από την ηλεκτρική ή οπτική διεπαφή που χρησιμοποιείται. Έτσι πραγματοποιείται η επικοινωνία χρησιμοποιώντας συστήματα λέιζερ.

Οικογένειες, μοντέλα και τα χαρακτηριστικά τους

Σε αυτήν την ενότητα, θα θέλαμε να σας παρουσιάσουμε τις τρεις οικογένειες των πιο δημοφιλών συστημάτων λέιζερ στις ΗΠΑ - LOO, OmniBeam 2000 και OmniBeam 4000 (Πίνακας 1). Η οικογένεια LOO είναι βασική και επιτρέπει τη μεταφορά δεδομένων και φωνητικά μηνύματαέως 1000 m Η οικογένεια OmniBeam 2000 έχει παρόμοιες δυνατότητες, αλλά λειτουργεί σε μεγαλύτερη απόσταση(έως 1200 m) και μπορεί να μεταδώσει εικόνες βίντεο και συνδυασμό δεδομένων και φωνής. Η οικογένεια OmniBeam 4000 μπορεί να παρέχει μεταφορά δεδομένων υψηλής ταχύτητας: από 34 έως 52 Mbit/s σε αποστάσεις έως 1200 m και από 100 έως 155 Mbit/s έως 1000 m Υπάρχουν και άλλες οικογένειες συστημάτων λέιζερ στην αγορά, αλλά είτε καλύπτουν μικρότερες αποστάσεις, είτε υποστηρίζουν λιγότερα πρωτόκολλα.

Τραπέζι 1.

Οικογένεια	ΤΟΥΑΛΕΤΑ	OmniBeam 2000	OmniBeam 4000
Ethernet (10 Mbps)	+	+	-
Token Ring (416 Mbps)	+	+	-
E1 (2 Mbit/s)	+	+	-
Εικόνα βίντεο	-	+	-
Συνδυασμός δεδομένων και ομιλίας	-	+	-
Υψηλή ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων (34-155 Mbps)	-	-	+
Δυνατότητα εκσυγχρονισμού	-	+	+

Κάθε οικογένεια περιλαμβάνει ένα σύνολο μοντέλων που υποστηρίζουν διαφορετικά πρωτόκολλα επικοινωνίας (Πίνακας 2). Η οικογένεια LOO περιλαμβάνει οικονομικά μοντέλα που παρέχουν αποστάσεις μετάδοσης έως και 200 m (το γράμμα "S" στο τέλος του ονόματος).

Πίνακας 2.

Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημα των συσκευών επικοινωνίας λέιζερ είναι η συμβατότητά τους με τον περισσότερο εξοπλισμό τηλεπικοινωνιών για διάφορους σκοπούς(διανομείς, δρομολογητές, επαναλήπτες, γέφυρες, πολυπλέκτης και PBX).

Εγκατάσταση συστημάτων λέιζερ

Ένα σημαντικό στάδιο στη δημιουργία ενός συστήματος είναι η εγκατάστασή του. Η πραγματική ενεργοποίηση απαιτεί αμελητέο χρόνο σε σύγκριση με την εγκατάσταση και τη διαμόρφωση του εξοπλισμού λέιζερ, η οποία διαρκεί αρκετές ώρες εάν εκτελεστεί από καλά εκπαιδευμένους και εξοπλισμένους ειδικούς. Ταυτόχρονα, η ποιότητα λειτουργίας του ίδιου του συστήματος θα εξαρτηθεί από την ποιότητα αυτών των λειτουργιών. Επομένως, πριν παρουσιάσουμε τυπικές επιλογές συμπερίληψης, θα θέλαμε να δώσουμε κάποια προσοχή σε αυτά τα ζητήματα.

Όταν τοποθετούνται σε εξωτερικούς χώρους, οι πομποδέκτες μπορούν να εγκατασταθούν σε επιφάνειες στέγης ή τοίχου. Το λέιζερ τοποθετείται σε ειδικό άκαμπτο στήριγμα, συνήθως μεταλλικό, το οποίο στερεώνεται στον τοίχο του κτιρίου. Το στήριγμα παρέχει επίσης τη δυνατότητα ρύθμισης της γωνίας κλίσης και του αζιμουθίου της δοκού.

Στην περίπτωση αυτή, για ευκολία εγκατάστασης και συντήρησης του συστήματος, η σύνδεσή του γίνεται μέσω κουτιών διανομής (RB). Τα καλώδια σύνδεσης είναι συνήθως οπτικές ίνες για κυκλώματα μετάδοσης δεδομένων και καλώδιο χαλκού για κυκλώματα ισχύος και ελέγχου. Εάν ο εξοπλισμός δεν διαθέτει οπτική διασύνδεση δεδομένων, τότε είναι δυνατό να χρησιμοποιήσετε ένα μοντέλο με ηλεκτρική διεπαφή ή εξωτερικό οπτικό μόντεμ.

Η μονάδα τροφοδοσίας (PSU) του πομποδέκτη είναι πάντα εγκατεστημένη σε εσωτερικούς χώρους και μπορεί να τοποθετηθεί σε τοίχο ή σε ράφι που χρησιμοποιείται για εξοπλισμό LAN ή συστήματα δομημένης καλωδίωσης. Σε κοντινή απόσταση μπορεί να εγκατασταθεί και μια οθόνη κατάστασης, η οποία χρησιμεύει για την απομακρυσμένη παρακολούθηση της λειτουργίας των πομποδέκτη των οικογενειών OB2000 και OB4000. Η χρήση του καθιστά δυνατή τη διάγνωση του καναλιού λέιζερ, την ένδειξη του μεγέθους του σήματος και επίσης την επαναφορά του σήματος για έλεγχο.

Όταν εγκαθιστάτε πομποδέκτες λέιζερ εσωτερικά, πρέπει να θυμάστε ότι η ισχύς της ακτινοβολίας λέιζερ μειώνεται όταν διέρχεται από γυαλί (τουλάχιστον 4% σε κάθε γυαλί). Ένα άλλο πρόβλημα είναι τα σταγονίδια νερού που τρέχουν στο εξω αποποτήρι όταν βρέχει. Λειτουργούν ως φακοί και μπορούν να προκαλέσουν σκέδαση δέσμης. Για να μειώσετε αυτό το αποτέλεσμα, συνιστάται η εγκατάσταση του εξοπλισμού κοντά στην κορυφή του γυαλιού.

Για να διασφαλιστεί η επικοινωνία υψηλής ποιότητας, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη ορισμένες βασικές απαιτήσεις.

Το πιο σημαντικό από αυτά, χωρίς το οποίο η επικοινωνία θα είναι αδύνατη, είναι ότι τα κτίρια πρέπει να βρίσκονται εντός οπτικού πεδίου και να μην υπάρχουν αδιαφανή εμπόδια στη διαδρομή διάδοσης της δέσμης. Επιπλέον, δεδομένου ότι η δέσμη λέιζερ στην περιοχή του δέκτη έχει διάμετρο 2 m, είναι απαραίτητο οι πομποδέκτες να βρίσκονται πάνω από πεζούς και να κυκλοφορούν σε ύψος τουλάχιστον 5 m. Αυτό οφείλεται στην εξασφάλιση κανονισμών ασφαλείας. Η μεταφορά είναι επίσης πηγή αερίων και σκόνης, τα οποία επηρεάζουν την αξιοπιστία και την ποιότητα της μετάδοσης. Η δέσμη δεν πρέπει να εκτοξεύεται σε κοντινή απόσταση ή να διασχίζει γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η πιθανή ανάπτυξη των δέντρων, η κίνηση των στεφάνων τους κατά τις ριπές ανέμου, καθώς και η επίδραση της βροχόπτωσης και πιθανών διαταραχών λόγω πτηνών που πετούν.

Η σωστή επιλογή πομποδέκτη εγγυάται σταθερή λειτουργία του καναλιού σε όλο το φάσμα των κλιματικών συνθηκών στη Ρωσία. Για παράδειγμα, μια μεγαλύτερη διάμετρος δέσμης μειώνει την πιθανότητα αστοχιών που σχετίζονται με τη βροχόπτωση.

Ο εξοπλισμός λέιζερ δεν είναι πηγή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία(AMY). Ωστόσο, εάν τοποθετηθεί κοντά σε συσκευές με EMR, ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός στο λέιζερ θα πάρει αυτή την ακτινοβολία, η οποία μπορεί να προκαλέσει αλλαγή στο σήμα τόσο στον δέκτη όσο και στον πομπό. Αυτό θα επηρεάσει την ποιότητα της επικοινωνίας, επομένως δεν συνιστάται η τοποθέτηση εξοπλισμού λέιζερ κοντά σε πηγές EMR όπως ισχυρούς ραδιοφωνικούς σταθμούς, κεραίες κ.λπ.

Κατά την εγκατάσταση ενός λέιζερ, συνιστάται να αποφεύγετε προσανατολισμένους πομποδέκτες λέιζερ στην κατεύθυνση ανατολής-δύσης, από αρκετές ημέρες το χρόνο ακτίνες ηλίουμπορεί να μπλοκάρει την ακτινοβολία λέιζερ για αρκετά λεπτά και η μετάδοση θα γίνει αδύνατη, ακόμη και με ειδικά οπτικά φίλτρα στον δέκτη. Γνωρίζοντας πώς ο ήλιος κινείται στον ουρανό σε μια συγκεκριμένη περιοχή, μπορείτε εύκολα να λύσετε αυτό το πρόβλημα.

Η δόνηση μπορεί να προκαλέσει μετατόπιση του πομποδέκτη λέιζερ. Για να αποφευχθεί αυτό, δεν συνιστάται η εγκατάσταση συστημάτων λέιζερ κοντά σε κινητήρες, συμπιεστές κ.λπ.

Εικόνα 1.
Τοποθέτηση και σύνδεση πομποδέκτη λέιζερ.

Αρκετές τυπικές μέθοδοι ένταξης

Η επικοινωνία με λέιζερ θα βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος της επικοινωνίας μικρής εμβέλειας στις συνδέσεις από σημείο σε σημείο. Ως παραδείγματα, ας δούμε πολλές τυπικές επιλογές ή μεθόδους συμπερίληψης. Έτσι, έχετε ένα κεντρικό γραφείο (CO) και ένα υποκατάστημα (F), καθένα από τα οποία έχει ένα δίκτυο υπολογιστών.

Το Σχήμα 2 δείχνει μια παραλλαγή οργάνωσης ενός καναλιού επικοινωνίας για την περίπτωση στην οποία είναι απαραίτητος ο συνδυασμός των F και CO, χρησιμοποιώντας το Ethernet ως πρωτόκολλο δικτύου, και φυσικό περιβάλλον- ομοαξονικό καλώδιο (παχύ ή λεπτό). Στο CO υπάρχει ένας διακομιστής LAN και στο F υπάρχουν υπολογιστές που πρέπει να συνδεθούν σε αυτόν τον διακομιστή. Με συστήματα λέιζερ όπως τα μοντέλα LOO-28/LOO-28S ή OB2000E, μπορείτε εύκολα να λύσετε αυτό το πρόβλημα. Η γέφυρα είναι εγκατεστημένη στο κεντρικό κέντρο και ο επαναλήπτης στο F. Εάν η γέφυρα ή ο επαναλήπτης έχει οπτική διεπαφή, τότε δεν απαιτείται οπτικό μίνι μόντεμ. Οι πομποδέκτες λέιζερ συνδέονται μέσω διπλής οπτικής ίνας. Το μοντέλο LOO-28S θα σας επιτρέψει να επικοινωνήσετε σε απόσταση έως και 213 m και το LOO-28 - έως και 1000 m με "σίγουρη" γωνία λήψης 3 mrad. Το μοντέλο OB2000E καλύπτει απόσταση έως και 1200 m με «σίγουρη» γωνία λήψης 5 mrad. Όλα αυτά τα μοντέλα λειτουργούν σε λειτουργία full duplex και παρέχουν ταχύτητα μεταφοράς 10 Mbit/s.

Σχήμα 2.
Σύνδεση απομακρυσμένου τμήματος LAN Ethernet χρησιμοποιώντας ομοαξονικό καλώδιο.

Μια παρόμοια επιλογή για το συνδυασμό δύο δικτύων Ethernet χρησιμοποιώντας καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους (10BaseT) ως φυσικό μέσο φαίνεται στο σχήμα 3. Η διαφορά της είναι ότι αντί για γέφυρα και επαναλήπτη, χρησιμοποιούνται συγκεντρωτές (hubs) που έχουν τον απαιτούμενο αριθμό 10BaseT υποδοχές και μία διεπαφή AUI ή FOIRL για τη σύνδεση πομποδέκτη λέιζερ. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε έναν πομποδέκτη λέιζερ LOO-38 ή LOO-38S, ο οποίος παρέχει την απαιτούμενη ταχύτητα μετάδοσης σε λειτουργία full duplex. Το μοντέλο LOO-38 μπορεί να υποστηρίξει αποστάσεις επικοινωνίας έως και 1000 m και το μοντέλο LOO-38S μπορεί να επικοινωνήσει έως και 213 m.

Εικόνα 3.
Σύνδεση απομακρυσμένου τμήματος LAN Ethernet που βασίζεται σε συνεστραμμένο ζεύγος.

Το σχήμα 4 δείχνει μια παραλλαγή συνδυασμένης μετάδοσης δεδομένων μεταξύ δύο LAN (Ethernet) και μιας ομαδικής ψηφιακής ροής E1 (PCM30) μεταξύ δύο PBX (στο CO και στο F). Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, είναι κατάλληλο το μοντέλο OB2846, το οποίο παρέχει μετάδοση δεδομένων και φωνής με ταχύτητα 12 (10+2) Mbit/s σε απόσταση έως και 1200 m Το LAN συνδέεται με τον πομποδέκτη χρησιμοποιώντας διπλή οπτική ίνα μέσω μιας τυπικής υποδοχής SMA, και η τηλεφωνική κίνηση μεταδίδεται μέσω ομοαξονικό καλώδιο 75 Ohm μέσω υποδοχής BNC. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η πολυπλεξία δεδομένων και ροών ομιλίας δεν απαιτεί προσθετος εξοπλισμοςκαι εκτελείται από πομποδέκτες χωρίς αναγωγή εύρος ζώνηςκαθένα από αυτά χωριστά.

Εικόνα 4.
Ενοποίηση δικτύων υπολογιστών και τηλεφώνου.

Μια επιλογή για μεταφορά δεδομένων υψηλής ταχύτητας μεταξύ δύο LAN (LAN "A" στο κεντρικό κέντρο και LAN "B" στο F) χρησιμοποιώντας διακόπτες ATM και πομποδέκτες λέιζερ παρουσιάζεται στην Εικόνα 5. Το μοντέλο OB4000 θα λύσει το πρόβλημα της υψηλής - ταχύτητα επικοινωνίας μικρής εμβέλειας με βέλτιστο τρόπο. Θα έχετε την ευκαιρία να μεταδώσετε ροές E3, OC1, SONET1 και ATM52 με τις απαιτούμενες ταχύτητες σε απόσταση έως και 1200 m, και 100 Base-VG ή VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX ή Γρήγορο Ethernet(802.3), FDDI, TAXI 100/140, OC3, SONET3 και ATM155 με τις απαιτούμενες ταχύτητες - σε απόσταση έως και 1000 m Τα μεταδιδόμενα δεδομένα παραδίδονται στον πομποδέκτη λέιζερ χρησιμοποιώντας μια τυπική διπλή οπτική ίνα συνδεδεμένη μέσω υποδοχής SMA. .

Εικόνα 5.
Ενοποίηση τηλεπικοινωνιακών δικτύων υψηλής ταχύτητας.

Τα παραδείγματα που δίνονται δεν εξαντλούν όλες τις πιθανές εφαρμογές του εξοπλισμού λέιζερ.

Ποιο είναι πιο κερδοφόρο;

Ας προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε τη θέση της επικοινωνίας λέιζερ μεταξύ άλλων ενσύρματων και ασύρματες λύσεις, αξιολογώντας συνοπτικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους (Πίνακας 3).

Πίνακας 3.

Εκτιμώμενο κόστος	Χάλκινο καλώδιο	Οπτική ίνα	Ραδιοφωνικό κανάλι	Κανάλι λέιζερ
Εκτιμώμενο κόστος	από 3 έως 7 χιλιάδες δολάρια. για 1 χλμ	έως 10 χιλιάδες δολάρια για 1 χλμ	από 7 έως 100 χιλιάδες δολάρια. ανά σετ	12-22 χιλιάδες δολάρια. ανά σετ
Χρόνος προετοιμασίας και εγκατάστασης	Προετοιμασία εργασίας και εγκατάσταση - έως 1 μήνα. εγκατάσταση μόντεμ HDSL - λίγες ώρες	Προετοιμασία εργασίας και τοποθέτηση 1-2 μήνες	Η προετοιμασία της εργασίας διαρκεί 2-3 μήνες, η εγκατάσταση - μερικές ώρες	Προετοιμασία εργασίας 1-2 εβδομάδες, εγκατάσταση - λίγες ώρες
Μέγιστη απόδοση	Έως 2 Mbps με χρήση HDSL	Έως 155 Mbit/s	Έως 155 Mbit/s	Έως 155 Mbit/s
Μέγιστη εμβέλεια επικοινωνίας χωρίς επαναλήπτες	Έως 20 km με χρήση HDSL	Τουλάχιστον 50-70 χλμ	Έως 80 km (ανάλογα με την ισχύ του σήματος)	Έως 1,2 χλμ
BER	>1Ε-7		1Ε-10	1Ε-10...1Ε-9

Ας ξεκινήσουμε με το γνωστό συνηθισμένο χάλκινο καλώδιο. Ορισμένα από τα χαρακτηριστικά του καθιστούν δυνατό τον σχεδόν ακριβή υπολογισμό των παραμέτρων του δημιουργημένου καναλιού επικοινωνίας. Για ένα τέτοιο κανάλι, δεν έχει σημασία ποια είναι η κατεύθυνση μετάδοσης και εάν τα αντικείμενα βρίσκονται σε οπτική επαφή, δεν χρειάζεται να σκεφτόμαστε την επίδραση της βροχόπτωσης και πολλούς άλλους παράγοντες. Ωστόσο, η ποιότητα και η ταχύτητα μετάδοσης που παρέχει αυτό το καλώδιο αφήνουν πολλά να είναι επιθυμητά. Το ποσοστό σφάλματος bit (BER) είναι της τάξης του 1E-7 ή υψηλότερο, το οποίο είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό των οπτικών ινών ή των ασύρματων επικοινωνιών. Τα καλώδια χαλκού ταξινομούνται ως κανάλια χαμηλής ταχύτηταςσυνδέσεις, οπότε πριν εγκαταστήσετε νέα καλώδια, σκεφτείτε αν αξίζει να τα χρησιμοποιήσετε. Εάν έχετε ήδη καλώδιο, τότε θα πρέπει να σκεφτείτε πώς να αυξήσετε τη χωρητικότητά του χρησιμοποιώντας την τεχνολογία HDSL. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ενδέχεται να μην παρέχει την απαιτούμενη ποιότητα επικοινωνίας λόγω της μη ικανοποιητικής κατάστασης των καλωδιακών γραμμών.

Τα καλώδια οπτικών ινών έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα καλώδια χαλκού. Υψηλή απόδοση και ποιότητα μετάδοσης (BER)

Στις μέρες μας η ραδιοεπικοινωνία χρησιμοποιείται ευρέως, ιδιαίτερα γραμμές ρελέ ραδιοφώνουκαι μόντεμ ραδιοφώνου. Έχουν επίσης τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες ραδιοεπικοινωνίας κατά τη δημιουργία ενός καναλιού για μετάδοση δεδομένων θα σας προσφέρουν περισσότερα υψηλή ποιότητα(BER

Επικοινωνία με λέιζερ - γρήγορα και αποτελεσματικά, αξιόπιστα και αποτελεσματικά λύνει το πρόβλημα της επικοινωνίας μικρής εμβέλειας μεταξύ δύο κτιρίων που βρίσκονται σε απόσταση έως και 1200 m και σε άμεση ορατότητα. Χωρίς να πληρούνται αυτές οι προϋποθέσεις, η επικοινωνία με λέιζερ είναι αδύνατη. Τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματά του είναι:

«διαφάνεια» για την πλειοψηφία πρωτόκολλα δικτύου(Ethernet, Token Ring, Sonet/OC, ATM, FDDI, κ.λπ.)
υψηλή ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων (έως 155 Mbit/s σήμερα, έως 1 Gbit/s για εξοπλισμό που ανακοινώνεται από τους κατασκευαστές).
υψηλή ποιότητα επικοινωνίας με BER=1E-10...1E-9;
ανακεφαλαίωση κυκλοφορίας δικτύουστον πομποδέκτη λέιζερ που χρησιμοποιεί συσκευές διασύνδεσης καλωδίων ή/και οπτικών ινών.
δεν χρειάζεται να λάβετε άδεια χρήσης.
σχετικά χαμηλό κόστος εξοπλισμού λέιζερ σε σύγκριση με συστήματα ραδιοφώνου.

Οι πομποδέκτες λέιζερ, λόγω της χαμηλής ισχύος της ακτινοβολίας τους, δεν αποτελούν κίνδυνο για την υγεία. Πρέπει να σημειωθεί ότι αν και η δοκός είναι ασφαλής, τα πουλιά τη βλέπουν και προσπαθούν να την αποφύγουν, γεγονός που μειώνει σημαντικά την πιθανότητα αστοχιών. Εάν οι μεταδιδόμενες πληροφορίες παραδίδονται προς και από τον πομποδέκτη λέιζερ μέσω ενός τυπικού καλωδίου οπτικών ινών πολλαπλών λειτουργιών, τότε η μετάδοση δεδομένων είναι εγγυημένη χωρίς ραδιοκύματα και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτό όχι μόνο διασφαλίζει ότι δεν υπάρχει κανένας αντίκτυπος στον κοντινό εξοπλισμό, αλλά και το καθιστά αδύνατο μη εξουσιοδοτημένη πρόσβασησε πληροφορίες (μπορείτε να τις λάβετε μόνο πηγαίνοντας απευθείας στον πομποδέκτη).

Η οπτική επικοινωνία πραγματοποιείται με τη μετάδοση πληροφοριών χρησιμοποιώντας Ηλεκτρομαγνητικά κύματαοπτικό εύρος. Ένα παράδειγμα οπτικής επικοινωνίας είναι η μετάδοση μηνυμάτων που χρησιμοποιήθηκαν στο παρελθόν με χρήση πυρκαγιών ή σηματοφόρου αλφάβητου. Στη δεκαετία του '60 του 20ου αιώνα, δημιουργήθηκαν λέιζερ και κατέστη δυνατή η κατασκευή ευρυζωνικών συστημάτων οπτικής επικοινωνίας που μεταδίδουν όχι μόνο τηλεφωνικά, αλλά και τηλεοπτικά σήματα και υπολογιστές.
Τα οπτικά συστήματα επικοινωνίας χωρίζονται σε ανοιχτά, όπου το σήμα μεταδίδεται στην ατμόσφαιρα ή στο διάστημα και σε κλειστά, δηλαδή με χρήση οδηγών φωτός . Παρακάτω, λαμβάνονται υπόψη μόνο ανοιχτές ατμοσφαιρικές γραμμές επικοινωνίας.
Ένα οπτικό ατμοσφαιρικό σύστημα επικοινωνίας μεταξύ δύο σημείων αποτελείται από δύο ζευγαρωμένες συσκευές πομποδέκτη που βρίσκονται εντός οπτικού πεδίου και στα δύο άκρα της γραμμής και κατευθύνονται η μία προς την άλλη. Ο πομπός περιέχει μια γεννήτρια λέιζερ και έναν διαμορφωτή της οπτικής ακτινοβολίας του μεταδιδόμενο σήμα. Η διαμορφωμένη δέσμη λέιζερ ευθυγραμμίζεται από το οπτικό σύστημα και κατευθύνεται προς τον δέκτη. Στον δέκτη, η ακτινοβολία εστιάζεται σε έναν φωτοανιχνευτή, όπου ανιχνεύεται και απομονώνεται η μεταδιδόμενη πληροφορία. Δεδομένου ότι η δέσμη λέιζερ μεταδίδεται μεταξύ των σημείων επικοινωνίας στην ατμόσφαιρα, η κατανομή της εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές συνθήκες, την παρουσία καπνού, σκόνης και άλλων ατμοσφαιρικών ρύπων. Επιπλέον, στην ατμόσφαιρα παρατηρούνται ταραχώδη φαινόμενα, τα οποία οδηγούν σε διακυμάνσεις του δείκτη διάθλασης του μέσου, ταλαντώσεις δέσμης και παραμορφώσεις του λαμβανόμενου σήματος. Ωστόσο, παρά αναφέρθηκαν προβλήματα, η ατμοσφαιρική επικοινωνία λέιζερ αποδείχθηκε αρκετά αξιόπιστη σε αποστάσεις αρκετών χιλιομέτρων και είναι ιδιαίτερα ελπιδοφόρα για την επίλυση του προβλήματος του τελευταίου προβλήματος Η διάδοση της ακτινοβολίας λέιζερ στην ατμόσφαιρα συνοδεύεται από μια σειρά φαινομένων γραμμικής και μη γραμμικής αλληλεπίδρασης φωτός. Επιπλέον, κανένα από αυτά τα φαινόμενα δεν εκδηλώνεται χωριστά, καθαρά ποιοτικά, αυτά τα φαινόμενα μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριες ομάδες: απορρόφηση και διασπορά από μόρια αερίου, εξασθένηση από αερολύματα (σκόνη, βροχή, χιόνι, ομίχλη) και διακυμάνσεις ακτινοβολίας. λόγω των ατμοσφαιρικών αναταράξεων Οι κύριοι περιοριστές του εύρους ALS είναι το πυκνό χιόνι και η πυκνή ομίχλη, για τα οποία η εξασθένηση της δέσμης λέιζερ επηρεάζεται έντονα από τις ατμοσφαιρικές αναταράξεις, δηλαδή από τυχαίες χωροχρονικές αλλαγές. δείκτης που προκαλείται από την κίνηση του αέρα, τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και της πυκνότητάς του. Ως εκ τούτου, τα κύματα φωτός που διαδίδονται στην ατμόσφαιρα βιώνουν όχι μόνο διακυμάνσεις στην εκπεμπόμενη ισχύ.
Οι ατμοσφαιρικές αναταράξεις οδηγούν σε παραμορφώσεις του μετώπου κύματος και, κατά συνέπεια, σε ταλαντώσεις και διεύρυνση της δέσμης λέιζερ και ανακατανομή της ενέργειας στη διατομή της. Στο αεροπλάνο κεραία λήψηςΑυτό εκδηλώνεται με μια χαοτική εναλλαγή σκοτεινών και φωτεινών σημείων με συχνότητα από κλάσματα του Hertz έως αρκετά kilohertz. Σε αυτήν την περίπτωση, μερικές φορές εμφανίζεται εξασθένιση του σήματος (ο όρος δανείζεται από ραδιοεπικοινωνίες) και η σύνδεση γίνεται ασταθής. Το ξεθώριασμα είναι πιο έντονο σε καθαρό ηλιόλουστο καιρό, ειδικά τους ζεστούς καλοκαιρινούς μήνες, κατά τις ώρες της ανατολής και της δύσης του ηλίου και σε ισχυρούς ανέμους, τα συστήματα ALS μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο στο «τελευταίο μίλι» των καναλιών επικοινωνίας, αλλά και ως ένθετα σε γραμμές οπτικών ινών σε ορισμένες δύσκολες περιοχές. για επικοινωνία σε ορεινές συνθήκες, σε αεροδρόμια, μεταξύ μεμονωμένων κτιρίων ενός οργανισμού (κυβερνητικά όργανα, εμπορικά κέντρα, βιομηχανικές επιχειρήσεις, πανεπιστημιουπόλεις, νοσοκομειακά συγκροτήματα, εργοτάξια κ.λπ.) κατά τη δημιουργία χωρικά διασκορπισμένων τοπικών δικτύων υπολογιστών. κατά την οργάνωση των επικοινωνιών μεταξύ των κέντρων μεταγωγής και σταθμούς βάσης δίκτυα κινητής τηλεφωνίας; για γρήγορη τοποθέτηση γραμμής με περιορισμένο χρόνο εγκατάστασης. Επομένως, σε Πρόσφατατο ενδιαφέρον αυξάνεται εγχώριων παραγωγώνσε αυτόν τον νέο και πολλά υποσχόμενο τομέα

Το λειτουργικό διάγραμμα ενός συστήματος επικοινωνίας λέιζερ είναι πολύ απλό:

· η μονάδα επεξεργασίας λαμβάνει σήματα από διάφορα τυπικές συσκευές(τηλέφωνο, φαξ, ψηφιακό PBX, τοπικό δίκτυο υπολογιστών) και τα μετατρέπει σε μορφή αποδεκτή για μετάδοση από μόντεμ λέιζερ.

· το μετατρεπόμενο σήμα μεταδίδεται από την ηλεκτροοπτική μονάδα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας.

· Στην πλευρά λήψης, το φως που συλλέγεται από το οπτικό σύστημα πέφτει σε έναν φωτοανιχνευτή, όπου μετατρέπεται ξανά σε ηλεκτρικά σήματα.

· Το ενισχυμένο και επεξεργασμένο ηλεκτρικό σήμα αποστέλλεται σε μια μονάδα επεξεργασίας σήματος, όπου αποκαθίσταται στην αρχική του μορφή.

Η μετάδοση και η λήψη πραγματοποιούνται από καθένα από τα ζευγαρωμένα μόντεμ ταυτόχρονα και ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Τα μόντεμ λέιζερ εγκαθίστανται με τέτοιο τρόπο ώστε οι οπτικοί άξονες των πομποδεκτών να συμπίπτουν. Η κύρια δυσκολία είναι η ρύθμιση της κατεύθυνσης των οπτικών αξόνων των πομποδεκτών. Η γωνία απόκλισης της δέσμης πομπού είναι y διαφορετικά μοντέλααπό λίγα λεπτά τόξου έως 0,5° και η ακρίβεια προσαρμογής πρέπει να αντιστοιχεί σε αυτές τις τιμές.

Αφού εγκαταστήσετε τις μονάδες πομποδέκτη, πρέπει να τις συνδέσετε καλωδιακά δίκτυακαι στα δύο κτίρια. Υπάρχουν πολλά μοντέλα συσκευών με μεγάλη ποικιλία διεπαφών, ωστόσο, σε αντίθεση με τους προμηθευτές εξοπλισμού ραδιοεπικοινωνίας, οι κατασκευαστές ασύρματων οπτικών συστημάτων τηρούν την ακόλουθη γενική ιδεολογία σύνδεσης: μια γραμμή επικοινωνίας λέιζερ είναι μια εξομοίωση ενός κομματιού καλωδίου (δύο στριμμένα ζεύγηή δύο ίνες ενός οπτικού καλωδίου). Συνδέεται μέσω ασύρματων οπτικών τοπικά δίκτυαλειτουργούν σαν να συνδέονται με ένα αποκλειστικό καλώδιο. Ορισμένα μοντέλα μόντεμ λέιζερ έχουν συνδυασμένες διεπαφές Δίκτυα Ethernetκαι ροές Ε1. Ως αποτέλεσμα, μια ενιαία ατμοσφαιρική ζεύξη μπορεί να συνδέσει το LAN και τα τηλεφωνικά δίκτυα κατασκευής χωρίς τη χρήση πολυπλέκτη.

Έτσι φαίνεται εγκατεστημένο σύστημαατμοσφαιρική επικοινωνία λέιζερ. Η παροχή συστήματος είναι 100 Mbit/sec σε απόσταση έως και 3! χιλιόμετρα. φωτογραφία:

Ορισμένες ασύρματες απομακρυσμένες γέφυρες χρησιμοποιούν υπέρυθρο φως λέιζερ για τη μετάδοση δεδομένων. Συνήθως, μια τέτοια συσκευή περιέχει μια παραδοσιακή ενσύρματη γέφυρα Ethernet και ένα μόντεμ λέιζερ που παρέχει φυσική επικοινωνία. Με άλλα λόγια, η συσκευή λέιζερ στέλνει μόνο bits δεδομένων και η υπόλοιπη εργασία γίνεται από μια συμβατική γέφυρα. Τα μόντεμ λέιζερ παράγουν ακτινοβολία με μήκος κύματος 820 nm, η οποία δεν μπορεί να ανιχνευθεί χωρίς ειδικά όργανα. Προφανώς, για τις γέφυρες λέιζερ, ο πομπός και ο δέκτης πρέπει να βρίσκονται σε ευθεία γραμμή ορατότητα. Η τυπική απόσταση μεταξύ των γεφυρών είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από 1 km και περιορίζεται από την ισχύ λέιζερ.
Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα τέτοιων συστημάτων είναι η υψηλή απόδοση τους. Δεύτερος το πλεονέκτημα είναι η επαρκής θόρυβος, καθώς η υπέρυθρη ακτινοβολία δεν αλληλεπιδρά με τα ραδιοκύματα. Όπως τα συστήματα οπτικών ινών, οι γέφυρες λέιζερ παρέχουν υψηλό επίπεδοασφάλεια. Για την αναχαίτιση πληροφοριών, είναι απαραίτητο να τοποθετηθεί η κατάλληλη συσκευή στη γραμμή δοκού, η οποία, πρώτον, μπορεί να ανιχνευθεί εύκολα και, δεύτερον, είναι πολύ δύσκολο να εφαρμοστεί, καθώς τέτοια συστήματα εγκαθίστανται στις στέγες πολυώροφων κτιρίων. Τα μειονεκτήματα των συστημάτων που βασίζονται σε λέιζερ είναι η επίδραση των καιρικών συνθηκών στη σταθερότητα των επικοινωνιών. Η δυνατή βροχή, το χιόνι ή η ομίχλη θα προκαλέσουν σημαντική διασπορά της δέσμης και εξασθένηση του σήματος. Η σύνδεση μπορεί επίσης να επηρεαστεί από την ανατολή ή τη δύση του ηλίου εάν το κανάλι είναι προσανατολισμένο από ανατολή προς δύση.
Οι ασύρματες γέφυρες χρησιμοποιούνται για μόνιμη σύνδεσηδίκτυα, ως εφεδρικό κανάλι ή ως προσωρινή λύση. Πολλές εταιρείες ασχολούνται με την παραγωγή τους. Οι τιμές, ανάλογα με το εύρος ζώνης και την απόσταση επικοινωνίας, κυμαίνονται από 5 έως 75 χιλιάδες δολάρια ανά κανάλι. Ακριβό, αλλά με την πάροδο του χρόνου αυτή η λύση μπορεί να αποδώσει.

2,5 Gbit/s πάνω από δέσμη λέιζερ

Η fSONA Communications παρουσίασε ένα νέο ασύρματο σύστημα οπτικής επικοινωνίας, το SONAbeam 2500-M, το οποίο επιτρέπει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων περίπου 2,5 Gbit/s. Το σύστημα βασίζεται σε τέσσερις πλεονάζοντες πομπούς που λειτουργούν σε μήκος κύματος 1550 nm με ισχύ εξόδου σήματος λέιζερ 560 mW. Σε μια περιοχή δοκιμών πέντε χιλιομέτρων με καθαρό καιρό, το σύστημα λειτουργούσε με τη μέγιστη ταχύτητα και ουσιαστικά χωρίς σφάλματα.

Ερωτήσεις ελέγχου

1. Ποιες τεχνολογίες χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ασύρματων δικτύων;

2. Καταγράψτε τις κύριες τεχνολογίες των ραδιοδικτύων.

3. Τι είναι το t σημεία πρόσβασης(σημείο πρόσβασης);

4. Περιγράψτε την τεχνολογία 802.11 Τι είναι μια κατευθυντική και πανκατευθυντική κεραία;

5. Τι είναι περιαγωγή(περιαγωγή).;

6. Καταγράψτε εναλλακτικές τεχνολογίες στο πρότυπο IEEE 802.11.

7. Χαρακτηρίστε την τεχνολογία Bluetooth.

8. Χαρακτηρίστε την τεχνολογία HiperLAN.

9. Τι είναι τα οπτικά δίκτυα;

10. Τι είναι τα συστήματα μικροκυμάτων;

11. Περιγράψτε το πρότυπο IEEE 802.16 (WiMAX);