چگونه سیگنال ها در یک سیستم ارتباطی نوری آزاد - فضایی حرکت می کنند؟

در حوزه ارتباطات مدرن ، سیستم های ارتباطات نوری فضایی آزاد (FSOC) به عنوان یک فناوری انقلابی ظاهر شده اند و انتقال داده های پهنای باند سرعت بالا ، ایمن و بالایی را ارائه می دهند. من به عنوان یک تأمین کننده سیگنال که عمیقاً در این زمینه درگیر شده اند ، من هیجان زده ام که به روند جذاب چگونگی سفر سیگنال ها در یک سیستم ارتباطی نوری فضایی آزاد بپردازم.

اصول ارتباطات نوری رایگان - فضایی

ارتباط نوری آزاد - فضا یک فناوری ارتباطات بی سیم است که از نور برای انتقال داده ها از طریق جو یا خلاء استفاده می کند. FSOC مشابه ارتباط فیبر - نوری نیز به عنوان حامل اطلاعات به نور متکی است. با این حال ، به جای اینکه در یک فیبر نوری محدود شود ، نور از طریق فضای باز پخش می شود.

مؤلفه های اصلی یک سیستم ارتباطی نوری فضایی آزاد به طور معمول شامل فرستنده ، یک رسانه انتشار فضایی آزاد و یک گیرنده است. فرستنده مسئول رمزگذاری داده ها بر روی یک سیگنال نوری است ، محیط فضایی آزاد به سیگنال نوری اجازه می دهد تا از منبع به مقصد سفر کند و گیرنده سیگنال نوری را دوباره به داده های اصلی بازگرداند.

تولید سیگنال در فرستنده

در قلب فرستنده در یک سیستم FSOC یک منبع نور است که معمولاً یک دیود لیزر است. دیودهای لیزر به دلیل انسجام ، تک رنگ و توانایی تعدیل با سرعت زیاد مورد علاقه خود هستند. هنگامی که داده ها باید منتقل شوند ، از یک سیگنال الکتریکی که نمایانگر داده ها برای تعدیل لیزر است استفاده می شود. چندین تکنیک مدولاسیون در دسترس است ، از جمله کلید خاموش (OK) ، کلید تغییر فاز (PSK) و مدولاسیون دامنه چهارگوش (QAM).

به عنوان مثال ، در کلید روشن ، ساده ترین شکل مدولاسیون ، لیزر به ترتیب روشن و خاموش می شود تا به ترتیب باینری 1 و 0 را نشان دهد. سیگنال داده الکتریکی جریان عرضه شده به دیود لیزر را کنترل می کند. هنگامی که سیگنال الکتریکی زیاد است ، جریان از طریق دیود لیزر جریان می یابد و باعث می شود نور از آن ساطع شود (نمایانگر یک باینری 1). هنگامی که سیگنال الکتریکی کم است ، لیزر خاموش می شود (نمایانگر یک باینری 0).

برای اطمینان از صحت و کیفیت سیگنال ، فرستنده همچنین شامل مؤلفه هایی برای تهویه و تقویت سیگنال است. این مؤلفه ها می توانند قبل از استفاده از آن برای تعدیل لیزر ، به تنظیم قدرت ، شکل و سایر خصوصیات سیگنال الکتریکی کمک کنند.

انتشار از طریق فضای آزاد

پس از تولید سیگنال نوری در فرستنده ، سفر خود را از طریق فضای آزاد شروع می کند. انتشار سیگنال نوری در فضای آزاد تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله شرایط جوی ، فاصله و واگرایی پرتو قرار دارد.

شرایط جوی نقش مهمی در FSOC دارد. جو حاوی ذرات مختلفی مانند گرد و غبار ، بخار آب و ذرات معلق در هوا است. این ذرات می توانند سیگنال نوری را پراکنده و جذب کنند و منجر به میرایی سیگنال شوند. به عنوان مثال ، در شرایط مه آلود یا مه آلود ، قطرات آب موجود در هوا می توانند نور را پراکنده کنند و قدرت سیگنال دریافت شده در مقصد را کاهش می دهند. علاوه بر این ، تلاطم جوی می تواند باعث تغییر در پرتو در شدت و جهت گیری شود ، پدیده ای که به عنوان scintillation شناخته می شود.

فاصله بین فرستنده و گیرنده نیز بر سیگنال تأثیر می گذارد. با حرکت بیشتر سیگنال نوری ، به دلیل واگرایی پرتو گسترش می یابد. واگرایی پرتو یک خاصیت ذاتی پرتوهای لیزر است و باعث می شود چگالی قدرت سیگنال با فاصله کاهش یابد. رابطه بین چگالی قدرت و فاصله از قانون معکوس - مربع پیروی می کند ، به این معنی که چگالی قدرت سیگنال به طور معکوس با مربع فاصله از منبع متناسب است.

پذیرش و تشخیص سیگنال

وقتی سیگنال نوری به گیرنده می رسد ، اولین قدم جمع آوری نور است. این کار به طور معمول با استفاده از لنز یا سیستم آینه انجام می شود. سپس نور جمع آوری شده بر روی یک فوتودکتور متمرکز شده است ، که سیگنال نوری را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

Photodetectors برای تولید جریان الکتریکی یا ولتاژ متناسب با شدت نور حادثه طراحی شده است. انواع متداول فوتودکتورهای مورد استفاده در سیستم های FSOC شامل فوتودودودها و فوتودیودهای بهمن (APD) است. فوتودیودها ساده هستند و زمان پاسخ سریع دارند ، در حالی که APD ها دارای افزایش داخلی هستند که می تواند حساسیت گیرنده را بهبود بخشد.

پس از تبدیل سیگنال نوری به یک سیگنال الکتریکی ، سیگنال الکتریکی باید پردازش شود. این شامل تقویت ، فیلتر و تخریب است. از تقویت برای افزایش استحکام سیگنال الکتریکی استفاده می شود ، از فیلتر برای از بین بردن نویز و فرکانس های ناخواسته استفاده می شود و از تخریب استفاده می شود تا داده های اصلی را از سیگنال الکتریکی مدوله شده استخراج کند.

تجزیه و تحلیل سیگنال و تضمین کیفیت

برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد یک سیستم ارتباطی نوری فضایی آزاد ، تجزیه و تحلیل کیفیت سیگنال ها در مراحل مختلف ضروری است. این جایی است که آنالیزورهای سیگنال بازی می شوند. ما به عنوان یک تهیه کننده سیگنال ، ما طیف وسیعی از آنالایزرهای سیگنال با کیفیت بالا را ارائه می دهیم که می توانند در سیستم های FSOC استفاده شوند. به عنوان مثال ،آنالایزر سیگنال N9030A Agilent PXA ، 3 هرتز تا 50 گیگاهرتزتجزیه و تحلیل دقیق و دقیق از سیگنال های نوری و الکتریکی را ارائه می دهد. این می تواند پارامترهایی مانند استحکام سیگنال ، طیف فرکانس و کیفیت مدولاسیون را اندازه گیری کند.

گزینه عالی دیگر این استFSW8 Rohde & Schwarz Signal and Spectrum Analyzer ، 2 هرتز - 8 گیگاهرتزبشر این آنالایزر تجزیه و تحلیل طیف وضوح بالا را ارائه می دهد ، که برای تشخیص و تجزیه و تحلیل هرگونه تداخل یا تحریف در سیگنال بسیار مهم است. علاوه بر این ،35670A Agilent FFT Analyzer سیگنال دینامیکی ، DC - 102.4 کیلوهرتزمی توان برای زمان - دامنه و فرکانس - تجزیه و تحلیل دامنه سیگنال های الکتریکی موجود در سیستم استفاده کرد.

این آنالایزرهای سیگنال در شناسایی هرگونه مشکل با سیگنال مانند نویز ، اعوجاج یا مدولاسیون نادرست کمک می کنند. با نظارت مداوم و تجزیه و تحلیل سیگنال ها ، اپراتورها می توانند برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم FSOC اقدامات اصلاحی انجام دهند.

چالش ها و راه حل ها در سفر سیگنال

با وجود مزایای بسیاری از ارتباطات نوری فضایی آزاد ، چندین چالش در رابطه با سفر سیگنال وجود دارد. همانطور که قبلاً ذکر شد ، شرایط جوی می تواند باعث تخریب سیگنال قابل توجهی شود. برای کاهش اثرات تلاطم جوی ، می توان از تکنیک هایی مانند اپتیک تطبیقی ​​استفاده کرد. سیستم های اپتیک تطبیقی ​​از آینه های تغییر شکل برای اصلاح اعوجاج موج موج ناشی از تلاطم استفاده می کنند و کیفیت سیگنال دریافت شده را بهبود می بخشند.

چالش دیگر تراز بین فرستنده و گیرنده است. از آنجا که پرتوی نوری دارای زاویه واگرایی باریک است ، حتی یک سوء استفاده کوچک می تواند منجر به از بین رفتن قابل توجه قدرت سیگنال شود. برای پرداختن به این مسئله ، می توان از سیستم های ردیابی و اشاره ای استفاده کرد. این سیستم ها به طور مداوم موقعیت فرستنده و گیرنده را کنترل می کنند و تراز را در زمان واقعی تنظیم می کنند.

تماس با شما برای تهیه

اگر علاقه مند به تقویت سیستم ارتباطی نوری آزاد و فضایی خود هستید یا به محصولات مرتبط با سیگنال با کیفیت بالا نیاز دارید ، ما برای کمک به شما در اینجا هستیم. ما به عنوان یک تأمین کننده پیشرو سیگنال ، ما طیف گسترده ای از محصولات و راه حل ها را برای برآورده کردن نیازهای خاص شما داریم. این که آیا شما برای تولید سیگنال ، فوتودکتور برای دریافت سیگنال یا آنالایزر سیگنال برای تضمین کیفیت ، به دیودهای لیزری نیاز دارید ، می توانیم بهترین محصولات کلاس را در اختیار شما قرار دهیم. برای تهیه با ما تماس بگیرید و بیایید بحث کنیم که چگونه می توانیم با هم کار کنیم تا سیستم ارتباطی شما را بهینه کنیم.

منابع

1. Kaushal ، Arpit و Pramod K. Varshney. "ارتباط نوری آزاد - فضا: یک بررسی جامع." نظرسنجی ها و آموزش های ارتباطات IEEE 16.4 (2014): 2231 - 2258.
2. Ghassemlooy ، Zabih ، et al. "ارتباط نوری آزاد - فضا: فرصت ها و چالش ها." مجله Photonics IEEE 5.4 (2013): 1 - 23.
3. Popoola ، Wasiu O. ، و Syed Aa Zaidi. "پیشرفت در ارتباطات نوری آزاد - فضا: یک بررسی." IEEE Access 6 (2018): 4720 - 4742.