Система беспроводной оптической связи

 

Изобретение относится к системам оптической связи и может использоваться в системах цифровой связи инфракрасного диапазона. Технический результат заключается в повышении вероятности гарантированной связи в сложных метеоусловиях при одновременном снижении затрат на эксплуатацию системы оптической связи. Система содержит основной передающий оптический канал с светодиодным излучателем, приемный оптический канал с фотодиодным приемником, при этом светодиодный излучатель и фотодиодный приемник связаны с конвертером, дополнительный вспомогательный передающий оптический канал с лазерным излучателем, блок включения/выключения лазерного излучателя, блок определения уровня принимаемого сигнала. 11 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области оптической связи, и в частности к системам цифровой связи инфракрасного диапазона.

Известно устройство для двусторонней передачи и приема сигнала, в котором связь может осуществляться как по радиоканалу, так и с помощью инфракрасного излучения (см. заявку РФ на изобретение 2000100275, М. кл. Н 04 В 10/10, опубл. 10.11.2001 г.). Для этого в устройстве имеется блок передачи сигнала, драйвер для приведения в действие передающего блока с целью передачи сигнала, блок управления, управляющий блоком передачи и драйвером, блок регулирования интенсивности передаваемого сигнала, приемный блок. В устройстве предусмотрена возможность ступенчатого увеличения интенсивности слабого сигнала при отсутствии ответа от приемного блока на посланный ему передающим блоком сигнал. В случае осуществления передачи и приема с помощью инфракрасного излучения в устройстве имеются оптические блоки передачи и приема, а также преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал инфракрасного диапазона.

Предусмотренная в известном устройстве возможность передачи сигналов как по радиоканалу, так и в инфракрасном диапазоне, а также осуществление ступенчатого наращивания излучаемой мощности используются для преодоления действия сложных условий передачи, в том числе метеоусловий.

Однако наращивание уровня передаваемого сигнала возможно лишь до определенных пределов, что ограничивает возможности данного устройства по преодолению сложных условий передачи.

Известна также беспроводная дуплексная оптическая система связи (см. патент РФ 2178954, М. кл. Н 04 В 10/10, опубл. 1.03.2001 г.), в которой используются два оптических приемопередатчика, выполненных определенным образом и расположенных на противоположных концах образованной линии оптической связи. При этом эта оптическая система связи может быть как двухэлементной, в которой каждый из указанных приемопередатчиков содержит по одному оптическому передатчику (оптическому излучателю) и оптическому приемнику, при этом в каждом приемопередатчике оптический передатчик и оптический приемник связаны с соответствующим конвертером через модулятор и демодулятор соответственно, так и четырехэлементной, в которой каждый из указанных приемопередатчиков содержит по два оптических передатчика и два оптических приемника. Причем в каждом приемопередатчике два оптических передатчика и два оптических приемника связаны с конвертером соответственно через один модулятор и последовательно соединенные сумматор и демодулятор.

Дублирование передаваемой информации в данной системе используется для снижения вероятности сбоя связи и повышения устойчивости к помехам.

Однако, как и в вышерассмотренном аналоге, это не является гарантированным преодолением влияния сложных метеоусловий на период их действия. Кроме того, в данной системе задействован постоянно работающий второй канал связи, что увеличивает затраты на ее эксплуатацию.

Данная система выбрана за прототип.

Задачей изобретения является повышение вероятности гарантированной связи в сложных метеоусловиях при одновременном снижении затрат на эксплуатацию системы оптической связи.

Решение данной задачи обеспечивается в системе беспроводной оптической связи, содержащей основной передающий оптический канал с, по меньшей мере, одним светодиодным излучателем, приемный оптический канал с, по меньшей мере, одним фотодиодным приемником, при этом светодиодный излучатель и фотодиодный приемник связаны с конвертером, отличающейся тем, что она дополнительно содержит вспомогательный передающий оптический канал с, по меньшей мере, одним лазерным излучателем, блок включения/выключения лазерного излучателя вспомогательного оптического канала, связанный с лазерным излучателем, и блок определения уровня принимаемого сигнала, связанный с фотодиодным приемником и блоком включения/выключения лазерного излучателя вспомогательного оптического канала.

При этом: - вспомогательный передающий оптический канал может быть выполнен с расходимостью лучистого потока на его выходе, меньшей расходимости лучистого потока на выходе основного передающего оптического канала; - вспомогательный передающий оптический канал может быть выполнен с лазерным излучателем, имеющим длину волны, отличную от длины волны светодиодною излучателя основного оптического передающего канала; - вспомогательный передающий оптический канал может быть совмещен с основным передающим оптическим каналом с помощью светоделительного устройства.

Данная система связи может быть выполнена с n вспомогательными передающими оптическими каналами.

При этом каждый из вспомогательных передающих оптических каналов может быть выполнен: - с расходимостью лучистого потока на его выходе, меньшей расходимости лучистого потока на выходе n-1 вспомогательного передающего оптического канала; - с лазерным излучателем, имеющим длину волны, отличную от длины волны лазерного излучателя n-1 вспомогательного передающего оптического канала.

Данная система связи может быть снабжена устройством для визуального наведения.

При этом устройство визуального наведения может быть разделено по принимаемому лучистому потоку с фотодиодным приемником в приемном оптическом канале с помощью второго светоделительного устройства.

Основной и вспомогательный передающие оптические каналы и приемный оптический канал могут быть снабжены фокусирующими оптическими системами.

Основной и вспомогательный передающие оптические каналы и приемный оптический каналы могут быть снабжены усилителями электрических сигналов.

Данная система связи может содержать n светодиодных излучателей в основном передающем оптическом канале, n фотодиодов в приемном оптическом канале и n лазерных излучателей во вспомогательном передающем оптическом канале.

Введение вспомогательного передающего оптического канала, блока включения/выключения лазерного излучателя вспомогательного передающего оптического канала, связанного с блоком определения уровня принимаемого сигнала, позволяет задействовать резервный канал в тех случаях, когда сложная метеообстановка ослабляет передаваемый через атмосферу оптический сигнал, что приводит к изменению (уменьшению) его уровня на входе приемного оптического канала. При этом в условиях нормальной метеообстановки наиболее полно используются возможности светодиодного излучателя с большей расходимостью лучистого потока (для компенсации естественных колебаний и подвижек зданий, действия ветра и т.п.), а в необходимых случаях подключается лазерный излучатель вспомогательного передающего оптического канала. При этом светодиодный излучатель имеет существенно больший срок службы, излучение лучистого потока безопасно, а поскольку лазерный излучатель задействован не постоянно, как в прототипе, а включается только на период действия сложной метеообстановки (особенно во время тумана), Становится возможным использовать преимущества лазерного излучателя с меньшей расходимостью лучистого потока и большей мощностью лишь кратковременно, обеспечивая долгий срок, низкие эксплуатационные затраты и повышение безопасности при эксплуатации.

Структурная схема предлагаемой системы, в качестве примера содержащей один вспомогательный передающий оптический канал, приведена на фиг.1, и в соответствии с ней система содержит светодиодный излучатель 1 основного передающего оптического канала, связанный с конвертером 2, соединенным с фотодиодным приемником 3. В систему входят также лазерный излучатель 4 вспомогательного передающего оптического канала с подключенным к нему блоком 5 включения/выключения лазерного излучателя 4, соединенный также с конвертером 2, и блок 6 определения уровня принимаемого, сигнала, соединенный с фотодиодным приемником 3 и с блоком 5 включения/выключения лазерного излучателя 4.

На фиг.2 показан вариант совмещения излучения светодиодного излучателя 1 основного передающего оптического канала и излучения лазерного излучателя 4 вспомогательного передающего оптического канала с помощью светоделительного устройства 7.

На фиг/ 3 показан вариант разделения принимаемого лучистого потока от видимой части спектра с помощью светоделительного устройства 8 для подачи на фотодиодный приемник 3 и устройство 9 визуального наведения.

Рассмотрим работу предлагаемой системы беспроводной оптической связи в соответствии с примером ее реализации, приведенном на фиг.1.

Исходный промодулированный электрический сигнал поступает из кабельной среды передачи (например, Ethernet, Fast Ethernet, G.703 и т.д.) на вход конвертера 2, где может производиться его восстановление, буферизация, обработка, декодирование и преобразование в электрический сигнал необходимого формата. Преобразованный электрический сигнал поступает одновременно на основной передающий канал и вспомогательный передающий канал, где усиливается и преобразуется в лучистый поток светодиодным излучателем 1 и лазерным излучателем 4, если на последний подан сигнал включения от блока 5 включения/выключения лазерного излучателя 4. Лучистые потоки от обоих передающих каналов поступают на оптические фокусирующие системы или, в случае использования светоделительного устройства 7 (фиг.2), - на одну оптическую систему, содержащую совокупность линз, фокусирующих соответствующие лучистые потоки в лучистые потоки с разной (или одинаковой) расходимостью. Сфокусированные лучистые потоки, проходя через открытое атмосферное пространство, поступают на оптическую фокусирующую систему оптического приемного канала, содержащую совокупность линз, фокусирующих лучистый поток на фоточувствительную площадку фотодиодного приемника 3. Поступивший на фотодиодный приемник 3 лучистый поток преобразуется в электрический сигнал, поступающий на блок 6 определения уровня принимаемого сигнала, где измеряется уровень принятого сигнала. Преобразованный сигнал усиливается, восстанавливается и подается на вход конвертера 2, где преобразуется в исходный вид для передачи в соответствующей кабельной среде передачи данных. Блок 6 определения уровня принимаемого сигнала, поступившего на вход фотодиодного приемника 3, регистрирует его изменения относительно уровня предыдущей посылки сигнала или относительно установленного порога. В случаях, когда уровень принимаемого сигнала меньше уровня сигнала на предыдущей посылке или заданного порогового уровня на необходимую величину, блоком 6 определения уровня принимаемого сигнала выдается сигнал блоку 5 включения/выключения лазерного излучателя на включение лазерного излучателя 4. В случаях, когда уровень принимаемого сигнала больше уровня сигнала на предыдущей посылке или больше заданного уровня на необходимую величину, блоком 6 определения уровня принимаемого сигнала выдается сигнал на выключение лазерного излучателя 4 блоку 5 включения/выключения лазерного излучателя.

В системе может быть предусмотрена выдача сигнала на включение/выключение лазерного излучателя 4, задающего излучающую мощность, в соответствии с динамикой изменения уровня принимаемого сигнала в блоке 6 определения уровня принимаемого сигнала.

В соответствии с фиг.2 лучистые потоки от основного и вспомогательного передающих оптических каналов могут быть совмещены с помощью светоделительного элемента 7 и поступать на вход одной фокусирующей оптической системы, содержащей совокупность линз, что позволяет с помощью единой оптической схемы регулировать мощность лучистого потока в соответствии с уровнями сигналов, принимаемых фотодиодным приемником 3.

В соответствии с фиг.3 светоделительный элемент 8 может разделить принимаемый лучистый поток от видимой части спектра с КПД>50%, что позволит получить изображение противоположного места установки на устройстве 9 визуального наведения с применением единой фокусирующей оптической системы.

Пример выполнения блоков системы при ее реализации можно пояснить следующим образом.

В качестве светодиодного излучателя может использоваться полупроводниковый инфракрасный светодиод C2-880 БF с длиной волны излучения 870 нм совместно с усилителем мощности на транзисторе КТ 919 А (см. справочник "Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы." изд. "Радио и связь", 1985 г., стр.439) с выходной оптической мощностью 100 мВт.

В конвертере может использоваться специализированная микросхема Micro Linear ML6673 (http://www.microlinear.com/).

В качестве фотоприемника может использоваться полупроводниковый фотодиод Hamamatsu S6468 с трансимпедансным усилителем (http://www.hamamatsu.com/) и операционный усилитель на микросхеме Hewlett Packard IVA 8028 (http://www. hp.com/).

В качестве лазерного излучателя может быть применен полупроводниковый лазерный светодиод АТС-С500-100-ООО-808-10 с рабочей оптической мощностью 500 мВт и длиной волны генерации 808 нм совместно с усилителем мощности.

В блоке включения/выключения лазерного излучения может быть применен транзисторный ключ или реле.

Блок определения уровня принимаемого сигнала в простейшем случае может состоять из операционного усилителя Analog Devices AD 8042 AR (http://www. analogdevices. com/) и сравнивающего компаратора уровня National Semiconductor LM393 (http://www.nsc.com/).

Формула изобретения

1. Система беспроводной оптической связи, содержащая основной передающий оптический канал с, по меньшей мере, одним светодиодным излучателем, приемный оптический канал с, по меньшей мере, одним фотодиодным приемником, при этом светодиодный излучатель и фотодиодный приемник связаны с конвертером, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вспомогательный передающий оптический канал с, по меньшей мере, одним лазерным излучателем, связанным с конвертером, блок включения/выключения лазерного излучателя, связанный с лазерным излучателем, и блок определения уровня принимаемого сигнала, связанный с фотодиодным приемником и блоком включения/выключения лазерного излучателя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательный передающий оптический канал выполнен с расходимостью лучистого потока на его выходе, меньшей расходимости лучистого потока на выходе основного передающего оптического канала.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что лазерный излучатель вспомогательного передающего оптического канала имеет длину волны, отличную от длины волны светодиодного излучателя основного передающего оптического канала.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит светоделительное устройство для совмещения излучаемых лучистых потоков от основного и вспомогательного передающих оптических каналов.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для визуального наведения.

6. Система по п.1 или 5, отличающаяся тем, что она содержит светоделительное устройство для разделения принимаемого лучистого потока от видимой части спектра на приемный оптический канал и устройство визуального наведения.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит n вспомогательных передающих оптических каналов.

8. Система по п.1 или 7, отличающаяся тем, что каждый из вспомогательных передающих оптических каналов выполнен с расходимостью лучистого потока на его выходе, меньшей расходимости лучистого потока на выходе n-1 вспомогательного передающего оптического канала.

9. Система по п.1 или 7, отличающаяся тем, что лазерный излучатель каждого из вспомогательных передающих оптических каналов имеет длину волны, отличную от длины волны лазерного излучателя n-1 вспомогательного передающего оптического канала.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что основной и вспомогательный передающие оптические каналы и приемный оптический канал снабжены фокусирующими оптическими системами.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что основной и вспомогательный передающие оптические каналы и приемный оптический канал снабжены усилителями электрических сигналов.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит в основном передающем оптическом канале n светодиодных излучателей, в приемном оптическом канале n фотодиодных приемников, а во вспомогательном передающем оптическом канале n лазерных излучателей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3