Ako signály cestujú vo voľnom - vesmírnom optickom komunikačnom systéme?

V oblasti modernej komunikácie sa systémy Free - Space Optical Communication (FSOC) objavili ako revolučná technológia, ktorá ponúka prenos dát vysokej rýchlosti, bezpečného a vysokej šírky pásma. Ako dodávateľ signálu, ktorý sa hlboko zapojil do tejto oblasti, som nadšený, že sa môžem ponoriť do fascinujúceho procesu toho, ako signály cestujú vo voľnom a optickom komunikačnom systéme.

Základy bezplatnej - vesmírnej optickej komunikácie

Free - Space Optical Communication je bezdrôtová komunikačná technológia, ktorá používa svetlo na prenos údajov cez atmosféru alebo vákuum. Podobne ako v prípade vlákien - optickej komunikácie sa FSOC spolieha aj na svetlo ako nosič informácií. Namiesto toho, aby bolo obmedzené v optickom vlákne, sa svetlo šíri cez otvorený priestor.

Základné komponenty voľného optického komunikačného systému bezplatného priestoru zvyčajne zahŕňajú vysielač, médium šírenia voľného priestoru a prijímač. Vysielač je zodpovedný za kódovanie údajov na optický signál, médium voľného priestoru umožňuje optickému signálu cestovať zo zdroja do cieľa a prijímač dekóduje optický signál späť do pôvodných údajov.

Generovanie signálu v vysielači

V srdci vysielača v systéme FSOC je zdroj svetla, zvyčajne laserová dióda. Laserové diódy sú uprednostňované pre ich vysokú koherenciu, monochromaticitu a schopnosť modulovať sa pri vysokých rýchlostiach. Ak je potrebné preniesť údaje, na moduláciu lasera sa použije elektrický signál predstavujúci údaje. K dispozícii je niekoľko modulačných techník, ako napríklad On -Off Keying (OOK), fázové kľúčovanie (PSK) a modulácia amplitúdy kvadratúry (QAM).

Napríklad, v prípade kľúča, najjednoduchšia forma modulácie, laser je zapnutý a vypnutý, aby predstavoval binárne 1S a 0S. Elektrický dátový signál riadi prúd dodávaný do laserovej diódy. Keď je elektrický signál vysoký, prúd tečie cez laserovú diódu, čo spôsobuje, že vyžaruje svetlo (predstavujúce binárny 1). Keď je elektrický signál nízky, laser je vypnutý (predstavujúci binárny 0).

Aby sa zabezpečila presnosť a kvalita signálu, vysielač tiež obsahuje komponenty na kondicionovanie a zosilnenie signálu. Tieto komponenty môžu pomôcť upraviť výkon, tvar a ďalšie vlastnosti elektrického signálu skôr, ako sa použije na moduláciu lasera.

Šírenie voľným priestorom

Akonáhle je optický signál generovaný na vysielači, začne svoju cestu voľným priestorom. Šírenie optického signálu vo voľnom priestore je ovplyvnené niekoľkými faktormi vrátane atmosférických podmienok, vzdialenosti a divergencie lúča.

Atmosférické podmienky hrajú v FSOC kľúčovú úlohu. Atmosféra obsahuje rôzne častice, ako je prach, vodná pary a aerosóly. Tieto častice môžu rozptýliť a absorbovať optický signál, čo vedie k útlmu signálu. Napríklad v hmlových alebo hmlistých podmienkach môžu kvapôčky vody vo vzduchu rozptýliť svetlo, čím sa zníži výkon signálu prijatého v cieli. Atmosférická turbulencia môže navyše spôsobiť, že lúč bude kolísať intenzitou a smerom, čo je jav známy ako scintilácia.

Vzdialenosť medzi vysielačom a prijímačom tiež ovplyvňuje signál. Keď optický signál prechádza ďalej, šíri sa v dôsledku divergencie lúča. Divergencia lúča je vlastnou vlastnosťou laserových lúčov a spôsobuje, že hustota výkonu signálu klesá so vzdialenosťou. Vzťah medzi hustotou energie a vzdialenosťou sleduje inverzný štvorcový zákon, čo znamená, že hustota výkonu signálu je nepriamo úmerná štvorcovej vzdialenosti od zdroja.

Prijímanie a detekcia signálu

Keď optický signál dosiahne prijímač, prvým krokom je zhromaždenie svetla. Zvyčajne sa to robí pomocou objektívu alebo zrkadlového systému. Zhromaždené svetlo sa potom zameriava na fotodetektor, ktorý premieňa optický signál späť na elektrický signál.

Fotodetektory sú navrhnuté tak, aby generovali elektrický prúd alebo napätie úmerné intenzite dopadajúceho svetla. Bežné typy fotodetektorov používaných v systémoch FSOC zahŕňajú fotodiódy a lavínové fotodiódy (APD). Fotodiódy sú jednoduché a majú rýchly čas odozvy, zatiaľ čo APD majú vnútorný zisk, čo môže zlepšiť citlivosť prijímača.

Po tom, čo fotodetekt prevedie optický signál na elektrický signál, je potrebné spracovať elektrický signál. Zahŕňa to zosilnenie, filtrovanie a demoduláciu. Amplifikácia sa používa na zvýšenie pevnosti elektrického signálu, filtrovanie sa používa na odstránenie hluku a nežiaducich frekvencií a demodulácia sa používa na extrahovanie pôvodných údajov z modulovaného elektrického signálu.

Analýza signálu a zabezpečenie kvality

Aby sa zabezpečilo spoľahlivé fungovanie voľného a vesmírneho optického komunikačného systému, je nevyhnutné analyzovať kvalitu signálov v rôznych fázach. Tu prichádzajú do hry analyzátory signálu. Ako dodávateľ signálu ponúkame celý rad vysoko kvalitných analyzátorov signálov, ktoré sa môžu použiť v systémoch FSOC. NapríkladN9030A Agilent PXA Analyzátor signálu, 3 Hz až 50 GHzPoskytuje presnú a podrobnú analýzu optických a elektrických signálov. Môže merať parametre, ako je sila signálu, frekvenčné spektrum a kvalita modulácie.

Ďalšou vynikajúcou voľbou jeFSW8 Rohde & Schwarz Signál a analyzátor spektra, 2 Hz - 8 GHz. Tento analyzátor ponúka analýzu spektra s vysokým rozlíšením, ktorá je rozhodujúca pre detekciu a analýzu akejkoľvek interferencie alebo skreslenia v signáli. Navyše35670A Agilent FFT Dynamic Analyzer Signal, DC - 102,4 kHzMôže sa použiť na analýzu časovej a frekvencie - domény elektrických signálov v systéme.

Tieto analyzátory signálu pomáhajú pri identifikácii akýchkoľvek problémov so signálom, ako je hluk, skreslenie alebo nesprávna modulácia. Neustále monitorovaním a analýzou signálov môžu operátori podniknúť nápravné opatrenia na zlepšenie výkonnosti a spoľahlivosti systému FSOC.

Výzvy a riešenia pri cestovaní signálu

Napriek mnohým výhodám bezplatnej - vesmírnej optickej komunikácie existuje niekoľko výziev spojených s cestovaním signálu. Ako už bolo uvedené, atmosférické podmienky môžu spôsobiť významné degradáciu signálu. Na zmiernenie účinkov atmosférických turbulencií je možné použiť techniky, ako je adaptívna optika. Adaptívne optické systémy používajú deformovateľné zrkadlá na opravu skreslenia vlny spôsobeného turbulenciou, čím sa zlepšuje kvalita prijatého signálu.

Ďalšou výzvou je zarovnanie medzi vysielačom a prijímačom. Pretože optický lúč má úzky uhol divergencie, dokonca aj malé vyradenie môže viesť k významnej strate sily signálu. Na riešenie tohto problému je možné použiť systémy sledovania a ukazovania. Tieto systémy nepretržite monitorujú polohu vysielača a prijímača a upravujú zarovnanie v reálnom čase.

Kontakt pre obstarávanie

Ak máte záujem o vylepšenie svojho bezplatného - vesmírneho optického komunikačného systému alebo potrebujete vysoko kvalitný signál - súvisiace produkty, sme tu, aby sme vám pomohli. Ako hlavný dodávateľ signálu máme širokú škálu výrobkov a riešení, ktoré spĺňajú vaše konkrétne požiadavky. Či už potrebujete laserové diódy na generovanie signálu, fotodetektory na príjem signálu alebo analyzátory signálu na zabezpečenie kvality, môžeme vám poskytnúť najlepšie produkty triedy - v triede. Kontaktujte nás kvôli obstarávaniu a poďme diskutovať o tom, ako môžeme spolupracovať pri optimalizácii vášho komunikačného systému.

Odkazy

1. Kaushal, Arpit a Pramod K. Varshney. "Bezplatná - vesmírna optická komunikácia: komplexný prieskum." IEEE Communications Prieskumy a návody 16.4 (2014): 2231 - 2258.
2. Ghassemlooy, Zabih a kol. „Bezplatná - vesmírna optická komunikácia: príležitosti a výzvy.“ IEEE Photonics Journal 5.4 (2013): 1 - 23.
3. Popoola, Wasiu O. a Syed Aa Zaidi. „Pokroky vo voľnej - Space Optical Communication: A Recenzia.“ IEEE Access 6 (2018): 4720 - 4742.