
- •Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича
- •Оптичні технології в зв’язку
- •1. Поняття про перетворення, аналіз спектрів сигналу та фільтрацію сигналів [1-5]
- •1.1. Отримання образів сигналів. Мета. Аналіз спектрів
- •1.1.1. Фур’є перетворення
- •1.1.2. Деякі властивості Фур’є перетворення
- •1.2. Згортка. Розмиття сигналу
- •1.3. Віконне Фур’є перетворення
- •1.4. Поняття про вейвлет-перетворення
- •1.5. Поняття про фільтрацію сигналу
- •1.6. Деякі приклади фільтрації
- •1.6.1. Фільтрація адитивних завад
- •1.6.2. Фільтрація мультиплікативних завад
- •1.6.3. Фільтрація постійної складової
- •1.6.4. Диференціювання сигналу
- •1.7. Нейронні і нейроподібні мережі та їх оптична реалізація
- •1.7.1. Структура нейронних мереж
- •1.7.2. Алгоритм роботи нейронної мережі. Алгоритм Хопфілда
- •1.7.3. Перспективи розвитку оптичних нейронних мереж
- •1.7.4. Реалізація оптичних нейронних мереж
- •2. Системи багатохвильового ущільнення
- •2.1. Вступ до wdm
- •2.2. Модель взаємодії wdm з транспортними технологіями [6-10]
- •2.3. Блок-схема систем з wdm
- •2.4. Вузькосмугові і широкосмугові wdm
- •2.5. Рекомендації itu-t відносно довжин хвиль в системах wdm
- •2.5.1. Стандартний канальний план і його використання
- •Стандартний канальний план з розносом каналів на 100 гГц
- •Стандартний канальний план при розносі каналів на 200 гГц
- •Сітка частот wdm
- •2.5.2. Типові характеристики систем wdm
- •2.6. Синхронні оптичні мережі sonet і sdh
- •2.6.1. Відмінності між sonet і sdh
- •2.6.2. Основні сигнали sonet і sdh
- •Як в sonet так I в sdh швидкість передавання фреймів складає 8000 фреймів/с, що відповідає періоду повторення фреймів 125 мкс.
- •2.7. Структура синхронних сигналів
- •2.7.2. Фрейми сигналів вищого рівня
- •2.7.3. Структура фрейма sdh
- •Характеристики волокон згідно Рекомендаціям g.652.
- •Характеристики волокон згідно Рекомендацій g.655
- •2.9. Комплектуючі пристрої та елементи систем багатохвильового ущільнення [6,18,19]
- •2.9.1. Основні визначення
- •2.9.2. Типи оптичних рознімів
- •2.10. Мультиплексування з розділенням за довжиною хвилі
- •2.11. Циркулятори
- •3. Безпроводний оптичний зв’язок. Принципи. Втрати
- •3.1. Беспровідні оптичні системи зв’язку. Основні абревіатури
- •3.2. Загальні характеристики. Принципи побудови [20-35]
- •3.3.1. Преваги fso-систем
- •3.3.2. Недоліки fso-систем
- •3.3.3. Області застосування
- •3.4. Структура безпроводної оптичної системи зв’язку
- •3.6. Рівняння системи зв’язку
- •3.7. Втрати і завади в атмосферному каналі зв’язку
- •3.7.1. Вібраційні завади
- •3.7.2. Вплив турбулентності на характеристики оптичного каналу
- •3.8. Загасання сигналу в атмосфері [36-46]
- •3.8.1. Модель атмосфери. Загасання сигналу
- •3.8.2. Фракції атмосфери, які впливають на загасання сигналу
- •3.8.3. Метеорологічна дальність видимості та атмосферні втрати
- •4. Розрахунок доступності каналу fso-cистеми [47-49]
- •4.1. Розрахунок енергетичного бюджету системи – величини максимально допустимого затухання сигналу
- •4.2. Встановлення відповідності між допустимим затуханням та критичною (мінімально допустимою) мдв
- •4.3. Розрахунок імовірності виникнення погодних умов, коли мвд менша ніж
- •4.4. Оцінка метеоумов в Чернівецькому регіоні
- •4.5. Розрахунок доступності каналу аолз в Чернівецькому регіоні
- •4.6. Деякі розрахункові і експериментальні дані щодо впливу метеоумов на роботу fso-систем
- •5. Техніко-економічні показники цифрових мереж на основі аолз. Сучасний стан ринку
- •5.1. Порівняння фінансових, часових та інших витрат при побудові різних за природою ліній зв’язку [50]
- •5.2. Аналіз існуючих рішень і ринка fso-систем
- •5.3. Огляд існуючих рішень
- •5.4.2. Обладнання компанії fSona Communications (сша)
- •5.4.3. Обладнання компанії нпк «Катарсіс» (Санкт-Петербург, Росія)
- •5.4.4. Атмосферні оптичні лінії зв’язку Artolink. Ват "Мостком". Виробник: Державний рязанський приладний завод
- •5.4.4.1. Деякі загальні відомості
- •5.4.4.2. Сфери застосування
- •5.4.4.3. Принцип роботи пристрою
- •5.4.4.4. Якість та надійність передавання сигналу
- •5.4.4.5. Базові моделі і деякі технічні характеристики
- •5.4.4.6. Відмінності та особливості обладнання
- •5.4.4.7. Встановлення та інсталяція обладнання
- •5.4.4.8. Віддалений контроль
- •5.4.5. Обладнання компанії «Гранч»
- •6. Лазерна локація [20,51]
- •6.1. Лазерна локація як прикладна дисципліна
- •6.2. Переваги та недоліки лазерної локації
- •6.2.1. Технологічна простота, короткий технологічний цикл
- •6.2.2. Гарантії точності
- •6.2.3. Відсутність наземних геодезичних робот по планово-висотному обогрунтуванню при виконанні повітряного лазерно-локаційного знімання
- •6.2.4. Висока продуктивність
- •6.2.5. Можливість роботи в нічний час і будь яку пору року
- •6.2.6. Надзвичайно широкий спектр застосувань
- •6.3. Загальні принципи роботи лазерного локатора
- •6.4. Лазерно-локаційні дані
- •6.5. Імпульсний і фазовий методи вимірювання дальності
- •6.5.1. Імпульсний метод
- •6.5.2. Фазовий метод
- •6.6. Інструментальні засоби лазерної локації
- •6.6.1. Способи отримання лазерно-локаційних зображень. Основні принципи роботи типового аерознімального лідара
- •6.6.2. Функціональна схема типового лазерного локатора на прикладі системи altm компанії Optech
- •7. Системи геопозиціонування gps і глонас
- •7.1. Супутникові системи позиціонування
- •7.2. Короткий опис супутникових систем позиціонування
- •7.3. Загальні відомості про глонасс
- •7.4. Як працює система глонасс?
- •7.5. Склад системи глонасс: орбітальна структура супутників глонасс
- •Література
- •3. І.І Мохунь, п.В. Полянський. Інтегральна оптика в інформаційній техніці. Конспект лекцій. Чернівці, Рута, 79 с. (2002).
- •28. К. Дыхов, а. Максимов. Аолс – технология будущего. Вестник связи, 2, (2006).
3.7. Втрати і завади в атмосферному каналі зв’язку
3.7.1. Вібраційні завади
Розглянемо наслідки, до яких приводять так звані механічні ефекти. Будівлям, особливо високим, властиво «дихати» на протязі доби. Це проявляється (див. рис. 3.6) у відхиленні будівлі від середнього положення та кутові відхилення в поперечній площині (кручення). Іноді відхилення споруди від вертикалі під впливом, наприклад вітру, може досягати десятків сантиметрів і навіть метрів. Для прикладу, амплітуда відхилення Ейфелевої вежі складає величину близьку до 10 м.
Рис. 3.6
Відповідно
кут
на який змінюється напрямок розповсюдження
оптичного сигналу близький до 0.01 рад.
Приблизно таку саму величину має кут
кручення
.
Як наслідок, лінійне зміщення пучка на
відстані
близький до 1 км складає величину порядку
10 м. Насправді ця величина трохи менша,
але достатня, для того щоб пучок потрапив
за межі приймального отвору приймальної
антени.
Отже вібраційні завади суттєво знижують величину дистанції зв’язку.
Проте «тактова» частота вібрацій значно менша тактової частоти сигналу. Цей факт, при дуплексному зв’язку дозволяє застосовувати, так звані адаптивні технології, передаючи поруч з основним сигналом дані про орієнтацію передавального і приймального блоків, що дає можливість своєчасно вводити кутову корекцію блоків.
Для динамічного наведення пучків і мінімізації втрат використовують різноманітні схеми. Найбільш оптимальні пристрої можуть містити два контури компенсацій кутових зміщень: один – для повільних змін другий – для відслідковування змін, дрібних і швидкісних (вібрацій, які викликані проїхавшим трамваєм або прошедшою поблизу людиною).
Згідно інформації фірми Canon, застосування таких систем дозволяє забезпечити надійний зв’язок навіть під час ураганних вітрових навантажень і польових бурь.
3.7.2. Вплив турбулентності на характеристики оптичного каналу
Насамперед, введемо поняття (дещо спекулятивно, та дуже не строго) масштабу турбулентності. Під масштабом турбулентності будемо розуміти поперечні розміри неоднорідності, яка утворюється в наслідок деякого фізичного збурення (температурного розподілу земля-повітря, вітер, тощо). При цьому будемо вважати, що в межах неоднорідності оптичні характеристики можна вважати сталими.
Розглянемо 3 випадки (див. Рис. 3.7):
Масштаб турбулентності близький за розмірами з діаметром світлового пучка
.
Масштаб турбулентності значно перевищує діаметр світлового пучка
.
Масштаб турбулентності значно менше діаметра світлового пучка
.
В першому випадку збурення атмосфери приводить до відповідного викривлення хвильового фронту (внесенню додаткових аберацій). Це в свою чергу приводить до:
додаткового розширення світлового пучка, як наслідок погіршення енергетичних характеристик системи (частина світлового пучка не потрапляє до вхідного отвору оптичної приймальної антени)
розширення плями розсіювання в площині фотоприймача. Додаткові енергетичні втрати (при відповідних розмірах площинки ФП) та зниження поля зору системи (зниження адаптованості системи до механічних завад.
Рис. 3.7
Проте, впливом турбулентностей такого типу в принципі можна нехтувати.
З літератури (Лаз. Навиг. Устройства) відоме співвідношення, яке описує збільшення розмірів пучка при проходженні через турбулентну атмосферу:
(3.14)
При довжині траси
м
3
мм.
Збільшенням розмірів плями розсіяння в площині ФП також можна нехтувати. Дійсно, навіть розширена пляма має розміри в межах долів мм. Якщо поперечні розміри площинки ФП порядку 10 мм, то таке збільшення не преведе до значного погіршення характеристик системи.
Вплив другого типу турбулентності (див. Рис. 3.8).
Рис. 3.8.
Пучок світла, який
утворює канал зв’язку проходе „комірки”
простору, коефіцієнт заломлення яких
змінюється випадковим чином. Природно,
що кут
також випадкова величина. Знак відхилення
рівноімовірний. Середнє значення
.
Отже можна вважати, що відхилення пучка
від початкового напрямку розповсюдження
зумовлене проходженням пучка через
останні метри траси.
З рисунку випливає, що:
.
(3.15)
Оцінено величину .
З літератури (Лаз.
Навиг. Устройства) відомо, що зміни
показника заломлення, зумовлені вологістю
повітря (значно більші ніж за рахунок
турбулентності) не перевищують 0.5%. Нехай
,
що є також значною величиною. Тоді
.
На справді ця величина значно менша.
Отже, якщо зсув пучка відбувається на
останніх 10 м траси, то зміщення пучка
не перевищує величини близької до 3 мм.
Отже впливом цього типу турбулентності також можна нехтувати. Це підтверджується літературними даними (Лаз. Навиг. Устройства) де наведена величина кутового зсуву ~ 8-15 кут.с.
Вплив третього типу турбулентності є найбільш серйозним. Фактично відбувається розсіяння (дифракція) пучка на достатньо малих за розміром неоднорідностях. В решті решт це приводить до утворення в площині вхідного отвору приймальної антени спекл-картини.
При цьому, ця
картина змінюється в часі за рахунок
пульсації атмосфери вібраційних завад,
тощо. Це відповідно приводить до
збільшення шумової компоненти. Не
дивлячись на те, що максимум частотної
характеристики пульсації атмосфери
лежить в області декількох Гц, це не
виключає можливості випадкових флуктуацій
атмосфери на протязі досить малих
інтервалів часу. Враховуючи значення
коефіцієнта BER=
,
навіть „поодинокі” флуктуації можуть
привести до зриву сеансу зв’язку.
Методи корекції помилок такого типу:
Використання декількох випромінювачів
Застосування завадостійких алгоритмів, з високим рівнем надлишковості.