Как сигналы путешествуют в системе оптической коммуникации свободного пространства?

В сфере современной коммуникации системы свободной оптической связи космической связи (FSOC) стали революционной технологией, предлагающей высокую скорость, безопасную и высокую передачу данных. В качестве поставщика сигналов, глубоко вовлеченного в эту область, я рад углубиться в увлекательный процесс того, как сигналы движутся в системе свободной оптической коммуникации свободного пространства.

Основы свободного - космическая оптическая связь

Бесплатная - космическая оптическая связь - это технология беспроводной связи, которая использует свет для передачи данных через атмосферу или вакуум. Подобно волокно -оптической связи, FSOC также полагается на свет как носитель информации. Однако вместо того, чтобы ограничиваться оптическим волокном, свет распространяется через открытое пространство.

Основные компоненты системы свободной оптической связи пространства обычно включают передатчик, среду свободного распыления пространства и приемник. Передатчик отвечает за кодирование данных на оптический сигнал, среда свободного пространства позволяет оптическому сигналу перемещаться из источника в пункт назначения, а приемник декодирует оптический сигнал обратно в исходные данные.

Генерация сигнала в передатке

В основе передатчика в системе FSOC лежит источник света, обычно лазерный диод. Лазерные диоды предпочитают их высокую когерентность, монохроматичность и способность модулироваться на высоких скоростях. Когда данные необходимо передавать, электрический сигнал, представляющий данные, используется для модуляции лазера. Доступно несколько методов модуляции, таких как ON - OFF Keying (OOK), фазовая - сдвижная клавиша (PSK) и модуляция квадратурной амплитуды (QAM).

Например, в On - Off Keying, простая форма модуляции, лазер включается и выключается, чтобы представлять двоичные 1 и 0, соответственно. Электрический сигнал данных контролирует ток, поставляемый в лазерный диод. Когда электрический сигнал высокий, ток протекает через лазерный диод, заставляя его излучать свет (представляющий двоичный файл 1). Когда электрический сигнал низкий, лазер выключен (представляющий двоичный 0).

Чтобы обеспечить точность и качество сигнала, передатчик также включает в себя компоненты для кондиционирования и усиления сигнала. Эти компоненты могут помочь отрегулировать мощность, форму и другие характеристики электрического сигнала, прежде чем он будет использован для модуляции лазера.

Распространение через свободное пространство

Как только оптический сигнал генерируется на передатчике, он начинает свое путешествие через свободное пространство. На распространение оптического сигнала в свободном пространстве влияет несколько факторов, включая атмосферные условия, расстояние и дивергенцию луча.

Атмосферные условия играют решающую роль в FSOC. Атмосфера содержит различные частицы, такие как пыль, водяной пары и аэрозоли. Эти частицы могут разбросить и поглощать оптический сигнал, что приводит к ослаблению сигнала. Например, в туманных или туманных условиях капли воды в воздухе могут разбросить свет, уменьшая мощность сигнала, полученного в пункте назначения. Кроме того, атмосферная турбулентность может привести к колебаниям луча по интенсивности и направлению, явлению, известному как сцинтилляция.

Расстояние между передатчиком и приемником также влияет на сигнал. По мере того, как оптический сигнал движется дальше, он распространяется из -за дивергенции луча. Дивергенция луча является неотъемлемым свойством лазерных пучков, и это приводит к снижению плотности мощности сигнала с расстоянием. Соотношение между плотностью мощности и расстоянием следует за законом обратного - квадрата, что означает, что плотность мощности сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника.

Прием и обнаружение сигнала

Когда оптический сигнал достигает приемника, первым шагом является собрание света. Обычно это делается с использованием объектива или зеркальной системы. Собранное свет затем фокусируется на фотоприемке, который преобразует оптический сигнал обратно в электрический сигнал.

Фотографии предназначены для создания электрического тока или напряжения, пропорционального интенсивности падающего света. Обычные типы фотоприемников, используемых в системах FSOC, включают фотодиоды и лавины фотодиоды (APD). Фотодиоды просты и имеют быстрое время отклика, в то время как APD имеют внутренний усиление, что может повысить чувствительность приемника.

После того, как фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический сигнал, электрический сигнал должен быть обработан. Это включает усиление, фильтрацию и демодуляцию. Усиление используется для увеличения прочности электрического сигнала, фильтрация используется для удаления шума и нежелательных частот, а демодуляция используется для извлечения исходных данных из модулированного электрического сигнала.

Анализ сигналов и обеспечение качества

Чтобы обеспечить надежную работу системой свободной оптической связи пространства, важно проанализировать качество сигналов на разных этапах. Здесь вступают анализаторы сигналов. Как поставщик сигналов, мы предлагаем диапазон высококачественных анализаторов сигнала, которые можно использовать в системах FSOC. Например,Agilent Agilent PXA -анализатор Agilent PXA, от 3 Гц до 50 ГГцОбеспечивает точный и подробный анализ оптических и электрических сигналов. Он может измерить такие параметры, как прочность сигнала, частотный спектр и качество модуляции.

Еще один отличный вариант - этоFSW8 Rohde & Schwarz Signal и Spectrum Analyzer, 2 Гц - 8 ГГцПолем Этот анализатор предлагает анализ спектра с высоким разрешением, который имеет решающее значение для обнаружения и анализа любых помех или искажения в сигнале. Кроме того,35670A Анализатор динамического сигнала Agilent FFT, DC - 102,4 кГцМожет использоваться для времени - домен и частота - домен анализ электрических сигналов в системе.

Эти анализаторы сигнала помогают в выявлении любых проблем с сигналом, таким как шум, искажение или неправильная модуляция. Непрерывно контролируя и анализируя сигналы, операторы могут предпринять корректирующие действия для повышения производительности и надежности системы FSOC.

Проблемы и решения в пути сигнала

Несмотря на многочисленные преимущества свободной - космической оптической связи, существует несколько проблем, связанных с передачей сигнала. Как упоминалось ранее, атмосферные условия могут привести к значительному деградации сигналов. Чтобы смягчить влияние атмосферной турбулентности, могут использоваться такие методы, как адаптивная оптика. Адаптивные оптические системы используют деформируемые зеркала для исправления искажения волнового фронта, вызванного турбулентностью, улучшая качество полученного сигнала.

Другая проблема - выравнивание между передатчиком и приемником. Поскольку оптический луч имеет узкий угол дивергенции, даже небольшое смещение может привести к значительной потере силы сигнала. Чтобы решить эту проблему, можно использовать системы отслеживания и указания. Эти системы непрерывно контролируют положение передатчика и приемника и регулируют выравнивание в реальное время.

Контакт для закупок

Если вы заинтересованы в улучшении своей бесплатной - космической оптической системы связи или нуждаются в высоком качественном сигнале - связанных продуктах, мы здесь, чтобы помочь вам. Как ведущий поставщик сигналов, у нас есть широкий спектр продуктов и решений для удовлетворения ваших конкретных требований. Независимо от того, нужны ли вам лазерные диоды для генерации сигналов, фоторектировщики для приема сигнала или анализаторы сигналов для обеспечения качества, мы можем предоставить вам лучшие продукты в классе. Свяжитесь с нами для закупок и давайте обсудим, как мы можем работать вместе, чтобы оптимизировать вашу систему общения.

Ссылки

1. Каушал, Арпит и Прамод К. Варшни. «Бесплатно - космическая оптическая связь: комплексный опрос». IEEE Communications Surveys & Tuperials 16.4 (2014): 2231 - 2258.
2. Ghassemlooy, Zabih, et al. «Свободное - космическое оптическое общение: возможности и проблемы». IEEE Photonics Journal 5.4 (2013): 1 - 23.
3. Попола, Васиу О. и Сайед А.А. Заиди. «Достижения в свободном - космическая оптическая связь: обзор». IEEE Access 6 (2018): 4720 - 4742.