RU2588005C2 - Optical communication system - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering and communication; optics.

SUBSTANCE: invention relates to communication engineering and can be used in optical wireless communication system through air medium. Optical communication system comprises spaced apart in space directional radiation source, radiation detector, radiation encoding device, signal receiver decoding device, wherein source and receiver are located at crossing optical axes, wherein zone of intersection of optical axes is conjugated with external reflective or light-diffusing object. Radiation source is laser with wavelength selected in range of 220-280 nm.

EFFECT: providing off-road communication.

1 cl, 1 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к беспроводным системам связи, в частности к системам связи через воздушную среду, и может быть использовано для передачи информации на пересеченной местности.The invention relates to wireless communication systems, in particular to communication systems through the air, and can be used to transmit information on rough terrain.

Из уровня техники известен источник информации, в котором достаточно полно изложены все вопросы, относящиеся к оптическим системам передачи информации. В книге приведена обобщенная схема оптического канала, рассмотрены особенности распространения оптического излучения и механизмы потерь в оптических волокнах. Описаны методы изготовления оптических волокон. Рассмотрен принцип действия и основные характеристики полупроводниковых лазеров и фотоприемников различных типов (см. Гауэр Дж. оптические системы связи. М.: Радио и связь, 1989, с. 423-424).The source of information is known from the prior art, in which all issues related to optical information transmission systems are fairly fully stated. The book gives a generalized diagram of the optical channel, considers the features of the propagation of optical radiation and the loss mechanisms in optical fibers. The methods for manufacturing optical fibers are described. The principle of operation and the main characteristics of semiconductor lasers and photodetectors of various types are considered (see Gower, J. Optical Communication Systems. M: Radio and Communication, 1989, pp. 423-424).

В патенте РФ №2380834, опубликованном 27.01.2010 по индексу МПК H04B 10/00, заявлены «Способ лазерной космической связи и комплекс для его осуществления».In the patent of the Russian Federation No. 2380834, published on January 27, 2010 according to the IPC index H04B 10/00, "The method of laser space communication and a complex for its implementation" are declared.

Данное изобретение относится к области космической лазерной связи и лазерной техники и предназначено для создания комплексов стационарной лазерной космической связи в ближнем космосе и дальнем космосе и в пределах всей солнечной системы. Техническим результатом является повышение дальности действия лазерной космической связи, увеличение объемов и скорости передачи информации между космическими аппаратами и наземными станциями в пределах солнечной системы. Для этого определяют доплеровский сдвиг частоты лазерного излучения от базовой части комплекса лазерной космической связи при его приеме в бортовой части комплекса, осуществляют сдвиг оптической частоты лазерного излучения в базовой части комплекса на отрицательную величину измеренного доплеровского сдвига, осуществляют квантовое усиление лазерного излучения и измерение сдвига его оптической частоты в бортовой части комплекса, а также сдвиг центральной частоты полосы приема и квантового усиления в бортовой и базовой частях комплекса, определяют параметры качества установленной лазерной космической связи, осуществляют генерацию лазерного излучения, прием и квантовое усиление сигналов лазерной связи с установленными сдвигами оптических частот.This invention relates to the field of space laser communication and laser technology and is intended to create complexes of stationary laser space communication in near space and deep space and throughout the solar system. The technical result is an increase in the range of laser space communications, an increase in the volume and speed of information transfer between spacecraft and ground stations within the solar system. To do this, determine the Doppler frequency shift of the laser radiation from the base part of the laser-space communication complex when it is received on the side of the complex, shift the optical frequency of the laser radiation in the base part of the complex by a negative value of the measured Doppler shift, quantum amplify the laser radiation and measure the shift of its optical frequency in the onboard part of the complex, as well as a shift in the center frequency of the reception band and quantum gain in the onboard and base parts of the complex ca determine quality parameters set space laser communication, generating a laser radiation, and the quantum receiving gain laser communication signals defined optical frequency shifts.

В данном случае речь идет о двусторонней связи между двумя независимо перемещающимися и удаленными приемно-передающими системами, оптические оси которых должны быть полностью совмещены в момент передачи информации. Указанные в примере зеркала частично соединяют оси приемника и передатчика, но внутри каждого приемо-передающего блока. Целью такого соединения не является передача внутри блока информации, предназначенной другому удаленному приемопередатчику. Этот внутренний канал предназначен для совместной калибровки по несущей частоте приемного и передающего каналов блока. Здесь идет речь о пересечении оптических осей внутри устройства.In this case, we are talking about two-way communication between two independently moving and remote receiving and transmitting systems, the optical axes of which must be fully aligned at the time of transmission of information. The mirrors indicated in the example partially connect the axes of the receiver and the transmitter, but inside each transceiver unit. The purpose of such a connection is not to transmit within the block information intended for another remote transceiver. This internal channel is designed for joint calibration on the carrier frequency of the receiving and transmitting channels of the unit. Here we are talking about the intersection of the optical axes inside the device.

Наиболее близкой к предлагаемому и выбранной в качестве прототипа является система оптической связи, содержащая разнесенные в пространстве источник направленного излучения, приемник излучения и устройства кодировки излучения и дешифровки сигнала с приемника, описанная в первом источнике информации - Гауэр Дж. Оптические системы связи. М.: Радио и связь, 1989, с. 423-424.Closest to the proposed and selected as a prototype is an optical communication system containing a spaced-apart source of directional radiation, a radiation receiver and a device for encoding radiation and decrypting the signal from the receiver, described in the first information source - Gower J. Optical communication systems. M .: Radio and communications, 1989, p. 423-424.

Источник излучения и приемник расположены на одной оптической оси. Источником излучения служит лазерный диод или лазерный источник в ИК-области. Приемник излучения - обычно, фотодиод. Источник излучения управляется устройством кодировки, формирующим амплитудную и частотную характеристики излучения. Промодулированное излучение через воздушную среду направляется на приемник излучения, который преобразует поступившее излучение в электрический сигнал. Устройство дешифровки восстанавливает передаваемую информацию путем обработки электрического сигнала.The radiation source and receiver are located on the same optical axis. The radiation source is a laser diode or a laser source in the infrared region. The radiation receiver is usually a photodiode. The radiation source is controlled by an encoding device forming the amplitude and frequency characteristics of the radiation. Modulated radiation through the air is sent to a radiation receiver, which converts the incoming radiation into an electrical signal. The decryption device restores the transmitted information by processing the electrical signal.

Основным недостатком этого устройства является то, что любое непрозрачное препятствие на пути излучения от источника к приемнику делает невозможным передачу информации, т.е. оно не пригодно к использованию на пересеченной местности, когда на пути излучения находятся дома, скалы или другие объекты.The main disadvantage of this device is that any opaque obstacle to the radiation from the source to the receiver makes it impossible to transmit information, i.e. it is not suitable for use on rough terrain when there are houses, rocks or other objects in the path of radiation.

Задачей нового изобретения является обеспечение возможности передачи информации с помощью оптического излучения в условиях пересеченной местности.The objective of the new invention is to provide the possibility of transmitting information using optical radiation in rough terrain.

Поставленная цель достигается в системе оптической связи, содержащей разнесенные в пространстве независимо перемещающиеся источник направленного излучения и приемник излучения, устройство кодировки излучения и устройство дешифровки сигнала с приемника излучения, в которой, в отличие от прототипа, источник направленного излучения и приемник излучения расположены на пересекающихся оптических осях, при этом зона пересечения оптических осей сопряжена с внешним отражающим или светорассеивающим объектом.The goal is achieved in an optical communication system containing spaced apart independently moving source of directional radiation and a radiation receiver, a radiation encoding device and a signal decoding device from a radiation receiver, in which, unlike the prototype, the directional radiation source and radiation receiver are located on intersecting optical axes, while the zone of intersection of the optical axes is conjugated with an external reflecting or light-scattering object.

Источником направленного излучения может служить лазер с длиной волны излучения в диапазоне 220-280 нм.A source of directional radiation can serve as a laser with a wavelength of radiation in the range of 220-280 nm.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, включающая:The drawing shows a diagram of the proposed device, including:

1. Источник направленного излучения.1. A source of directional radiation.

2. Устройство кодировки излучения.2. Radiation coding device.

3. Приемник излучения.3. The radiation receiver.

4. Устройство дешифровки сигнала.4. Signal decryption device.

5. Внешний объект.5. External object.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Излучение источника направленного излучения 1 модулируется по амплитуде и частоте устройством кодировки излучения 2 и направляется на некий внешний объект 5 (например, стену здания). Часть излучения отражается или рассеивается этим объектом.The radiation from the directional radiation source 1 is modulated in amplitude and frequency by theradiation coding device 2 and is directed to a certain external object 5 (for example, a building wall). Part of the radiation is reflected or scattered by this object.

На этот же объект 5 направляется приемник излучения 3. Часть отраженного или рассеянного излучения регистрируется приемником 3 и дешифруется в устройстве дешифровки сигнала 4 для восстановления передаваемой информации.Aradiation receiver 3 is sent to thesame object 5. A part of the reflected or scattered radiation is registered by thereceiver 3 and decrypted in thesignal decryption device 4 to restore the transmitted information.

Пример реализации и использования:An example of implementation and use:

В качестве источника направленного излучения 1 использовали частотный лазер с длиной волны излучения 455 нм и полезной мощностью 1 Вт. Приемник оптического излучения 3 состоял из собирающего конденсора, диаметром 50 мм и фокусным расстоянием 80 мм и фотодиода. Устройство кодировки излучения 2 состояло из кодирующей микросхемы и ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика). Устройство дешифровки сигнала 4 состояло из декодирующей микросхемы.As a source of directional radiation 1, a frequency laser with a radiation wavelength of 455 nm and a useful power of 1 W was used. Theoptical radiation receiver 3 consisted of a collecting capacitor with a diameter of 50 mm and a focal length of 80 mm and a photodiode. Theradiation coding device 2 consisted of a coding chip and TTL (transistor-transistor logic).Signal decryption device 4 consisted of a decoding chip.

В эксперименте аналоговый звуковой сигнал (человеческая речь) оцифровывался с помощью цифрового микрофона и подавался на устройство кодировки излучения 2, в котором кодирующие микросхемы осуществляли сжатие сигнала до уровня 10 кбит/с и, посредством ТТЛ модулировалась интенсивность излучения от источника направленного излучения 1. Частота следования световых импульсов составляла 15 кГц.In the experiment, an analog sound signal (human speech) was digitized using a digital microphone and supplied toradiation coding device 2, in which coding microcircuits compressed the signal to a level of 10 kbit / s and, by means of a TTL, the radiation intensity from the directional radiation source was modulated 1. The repetition rate light pulses was 15 kHz.

Внешним объектом 5 служила стена дома. Рассеянное от объекта 5 излучение частично попадало на приемник излучения 3, преобразовывалось в электрический сигнал, который поступал в устройство дешифровки сигнала 4. Там с помощью декодирующей микросхемы осуществлялось цифроаналоговое преобразование сигнала. Преобразованный сигнал можно было прослушать мультимедийным устройством (наушниками).External object 5 was the wall of the house. The radiation scattered from theobject 5 partially fell on theradiation receiver 3, was converted into an electric signal, which entered thesignal decryption device 4. There, a digital-to-analog signal conversion was carried out using a decoding microcircuit. The converted signal could be heard with a multimedia device (headphones).

Экспериментально удалось передать человеческую речь на расстояние до 50 м.It was experimentally possible to transmit human speech to a distance of 50 m.

В дальнейшем предполагается усовершенствовать систему, применив лазер в диапазоне 220-280 нм. В этом спектральном диапазоне все солнечное излучение поглощается озоновым слоем в верхних слоях атмосферы, таким образом, уменьшается фоновая засветка приемника и повышается чувствительность системы.In the future, it is planned to improve the system by using a laser in the range of 220-280 nm. In this spectral range, all solar radiation is absorbed by the ozone layer in the upper atmosphere, thus reducing the background illumination of the receiver and increasing the sensitivity of the system.

Преимуществом заявленного устройства по сравнению с прототипом является то, что, в отличие от прототипа, заявленное устройство позволяет передавать информацию на пересеченной местности, когда прямой прием излучения невозможен.The advantage of the claimed device compared to the prototype is that, unlike the prototype, the claimed device allows you to transmit information on rough terrain when direct reception of radiation is impossible.

Представленные чертеж и описание позволяют, используя существующие материалы и технологии, изготовить предлагаемое устройство промышленным способом и использовать его для оптической передачи информации на пересеченной местности.The presented drawing and description allow, using existing materials and technologies, to manufacture the proposed device in an industrial way and use it for optical transmission of information on rough terrain.

Claims (1)

Translated fromRussian

Система оптической связи, содержащая разнесенные в пространстве независимо перемещающиеся источник направленного излучения и приемник излучения, устройство кодировки излучения и устройство дешифровки сигнала с приемника излучения, в которой источник направленного излучения и приемник излучения расположены на пересекающихся оптических осях, при этом зона пересечения оптических осей сопряжена с внешним отражающим или светорассеивающим объектом.An optical communication system comprising an independently spaced apart moving source of directional radiation and a radiation receiver, a radiation encoding device and a signal decoding device from a radiation receiver, in which the directional radiation source and radiation receiver are located on intersecting optical axes, while the intersection zone of the optical axes is conjugated with external reflective or light-scattering object.

Images