Разработка схемы системы стабилизации передатчика в системах атмосферной оптической передачи данных - Дипломная работа

В наше время постоянное развитие информационных технологий и расширение их сферы применения увеличивают требования к пропускной способности каналов вычислительных сетей и их надежность. Однако быстрое развитие имеет и технология атмосферно оптической линий связи.Атмосферные оптические линии связи (АОЛС) предназначены для организации беспроводных высокоскоростных защищенных каналов связи на дистанциях от 50 м до 7 км. Они приобрели широкую популярность изза простоты реализации и надежности, которая не уступает по надежности решению на основе проводных сетей.Беспроводные оптические системы обеспечивают высокоскоростной канал связи посредством инфракрасного излучения. Информация идет в приемопередающий модуль, в котором происходит кодировка различными помехоустойчивыми кодами, с помощью оптического лазерного излучателя модулируются и фокусируется оптической системой передатчика в узкий коллимированный лазерный луч, после чего передается в атмосферу.Физические ограничения АОЛС по скорости передачи определяются только собственной частотой несущей электромагнитной волны (1015 …1016 Гц), поскольку в отличие от ВОЛС, среда передачи (атмосфера) не вносит временной дисперсии сигналов. Уже началось практическое освоение больших скоростей, в 2009 году было создано устройство АОЛС со скоростью передачи 2,5 Гбит/с в настоящее время выпускается аппаратура на 10 Гбит/с. И существенно важно, что причин для введения частотных ограничений фактически нет, что связано с чрезвычайно узкой диаграммой направленности излучения лазерных передатчиков и отсутствием боковых лепестков диаграммы направленности оптических антенн. За счет узкой диаграммы оптических антенн система АОЛС имеет защищенность канала связи от несанкционированного доступа.Основные проблемы АОЛС это: · малое время наработки на отказ излучающего элемента (лазерного диода или светодиода); Первая проблема была решена производителями лазерных диодов и на сегодняшний день многие из них, мощностью до 100 МВТ уже способны обеспечить работоспособность в 150 тыс. часов (практически 15 лет работы). Вторая проблема снижения доступности канала связи при уменьшении метеорологической дальности видимости до 100-200 м остается актуальной.Распространение лазерного излучения в атмосфере сопровождается тремя существенными для лазерной связи процессами: · поглощение; Остальными процессами, такими как резонансное поглощение, молекулярное рассеяние и аэрозольное поглощение, при правильном выборе длины волны можно пренебречь. Если лазерное излучение попадает в центр сильной линии спектра, то оно поглощается атмосферой на 100% даже на небольшом расстоянии. Поэтому для АОЛС следует брать лазеры с излучением, находящимся на участках спектра атмосферы, занятых широкими окнами прозрачности (участками, где поглощение незначительно). Рассеяние в атмосфере представляет собой механическую смесь из газов, паров, капель жидкости и твердых частиц.Надежность канала связи определяется отношением времени бесперебойной работы линии к общему времени эксплуатации. Опыт эксплуатации АОЛС показал, что дожди, дымки и снег средней интенсивности мало влияют на работоспособность линий связи, обладающих достаточным динамическим потенциалом. Для обеспечения работоспособности линии связи на требуемой дистанции с определенным уровнем надежности связи (или доступности канала) необходимо иметь достаточный динамический запас энергетического потенциала линии или диапазон допустимого затухания мощности сигнала на приемнике, при котором линия сохраняет работоспособность.Эта проблема решается двумя известными способами: · узкий, сфокусированный пучок света с автоматической корректировкой смещения; Система АОЛС с автоматической корректировкой самостоятельно устраняет смещения, до того как они приведут к нарушению передачи связи. Атмосферно оптические линии связи, до 200 метров имеющие скорость передачи 10 Мб/с менее уязвимы, чем 500 метровые атмосферно оптические линии связи со скоростью передачи 1.25 Гб/с. Датчик-целеуказатель представляет из себя высокочувствительную ПЗС-матрицу установленную на оптическую ось прием-передающего модуля и управляемую микропроцессором с помощью которого осуществляется селекция цели в условиях помех и солнечной засветки и выдача сигнала отклонения от направления связи на блок наведения. Наведение осуществляется за счет изменения положения задней части оптико-электронного блока прием-передающего модуля штоками блока наведения.В движение приводит рад факторов, таких как температурное расширение (сжатие) металлических креплений, воздействие ветра, изменение состояния почвы, фундамента. Узкая направленность излучения и ограниченный угол зрения приемника приводят к тому, что движение нарушает связь.Изменение температуры и давления приводит к изгибу и скручиванию зданий.Колебания средних частот вызываются ветром и могут быть весьма существенны для высоких зданий.Высокочастотные колебания появляются изза вибраций, имеют частоту выше нескольких герц и зависят от способа установки АОЛС системы. 1.8 п

Содержание

Введение

Раздел 1. Теоретическая часть

1.1 Обзор атмосферно оптической линии связи

1.2 Принцип действия АОЛС

1.3 Преимущества АОЛС

1.4 Недостатки АОЛС

1.5 Помехоустойчивость АОЛС

1.6 Надежность канала связи АОЛС

1.7 Корректировка пучка света

1.8 Влияние колебаний на качество связи

1.8.1 Низкочастотные колебания

1.8.2 Колебания средних частот

1.8.3 Высокочастотные колебания

1.9 Пьезоэлектрический эффект

1.10 Пьезоэлектрический актюатор

1.10.1 Пакетные (линейные) пьезоактюаторы

1.10.2 Трубчатые пьезоактюаторы

1.10.3 Сдвиговые пьезоактюаторы

1.11 Преимущества пьезоактюаторов, как приводов

Раздел 2. Практическая часть

2.1 Анализ схем построения АОЛС

2.1.1 Активная схема построения АОЛС

2.1.2 Пассивная схема построения АОЛС

2.1.3 Смешанная схема построения АОЛС

2.1.4 Вариант исполнения дуплексной системы передачи информации

2.2 Источник излучения (полупроводниковый лазер)

2.3 Приемники излучения

2.3.1 p-I-n-фотодиоды

2.3.2 Лавинные фотодиоды

2.3.3 Приемник излучения схемы АОЛС

2.4 Приемопередающий электронный модуль

2.5 Приемопередающий оптический модуль

2.6 Разработка схемы стабилизации ППМ системы АОЛС

2.6.1 Расчет максимального угла поворота луча системы АОЛС

2.6.2 Расчет максимального сдвига ППМ системы АОЛС

2.6.3 Получение результатов сдвига в реальном времени

2.6.4 Способ корректировки ППМ в система АОЛС

Раздел 3. Безопасность

3.1 Опасность при работе с лазером

3.2 Безопасности при работе с лазерами

Раздел 4. Экономическая часть

4.1 Экономическая целесообразность

4.2 Сравнение FSO и радиочастотной системы

4.3 Состояние зарубежного рынка АОЛС

4.4 Состояние российского рынка АОЛС

Заключение

В наше время постоянное развитие информационных технологий и расширение их сферы применения увеличивают требования к пропускной способности каналов вычислительных сетей и их надежность. В настоящий момент доминирующим является использование оптоволоконных, медных проводных и радиоканалов. Однако быстрое развитие имеет и технология атмосферно оптической линий связи. Их перспективность объясняется многими факторами: легкостью монтажа и эксплуатации, высокими (до нескольких Гбит/с) скоростями передачи. И все-таки технология находится на этапе развития, и многие вопросы остаются нерешенными, некоторые из которых были проанализированы в данной работе.

В работе рассмотрена система атмосферной оптической линии связи, описаны их возможности, преимущества и недостатки по сравнению с другими способами передачи информации, технические характеристики систем АОЛС от различных производителей, а также анализ российского и зарубежного рынков. Также разработана система стабилизации оптического прием-передающего модуля с использованием пьезоэлектрических актюаторов.