كيف تنتقل الإشارات في نظام الاتصال البصري المجاني - الفضاء؟

في عالم الاتصالات الحديثة ، ظهرت أنظمة الاتصالات البصرية المجانية (FSOC) كتقنية ثورية ، حيث تقدم نقل بيانات عالية السرعة وآمنة وعالية النطاق الترددي. بصفتي مورد إشارات مشاركًا بعمق في هذا المجال ، أنا متحمس للتغلب على العملية الرائعة لكيفية سفر الإشارات في نظام اتصال بصري مجاني.

أساسيات الاتصالات البصرية المجانية - الفضاء

المجاني - التواصل البصري للفضاء هو تقنية اتصال لاسلكية تستخدم الضوء لنقل البيانات من خلال الغلاف الجوي أو الفراغ. على غرار التواصل الألياف - البصرية ، يعتمد FSOC أيضًا على الضوء باعتباره حاملة المعلومات. ومع ذلك ، بدلاً من أن يقتصر داخل الألياف البصرية ، ينتشر الضوء عبر مساحة مفتوحة.

تتضمن المكونات الأساسية لنظام الاتصالات البصرية المجانية - عادةً جهاز إرسال ، وسيلة انتشار الفضاء مجانًا ، ومستقبل. يكون جهاز الإرسال مسؤولاً عن ترميز البيانات على إشارة ضوئية ، ويسمح وسط الفضاء المجاني للإشارة البصرية بالسفر من المصدر إلى الوجهة ، ويقوم المتلقي بفك تشفير الإشارة البصرية إلى البيانات الأصلية.

توليد الإشارة في جهاز الإرسال

في قلب جهاز الإرسال في نظام FSOC هو مصدر إضاءة ، وعادة ما يكون الصمام الثنائي ليزر. تفضل ثنائيات الليزر لتماسكها العالي ، أحادي اللون ، وقدرة على تعديلها بسرعات عالية. عندما تحتاج البيانات إلى نقلها ، يتم استخدام إشارة كهربائية تمثل البيانات لتعديل الليزر. هناك العديد من تقنيات التعديل المتاحة ، مثل ON -OFF CLOING (OOK) ، المرحلة - مفتاح التحول (PSK) ، وتعديل سعة التربيع (QAM).

على سبيل المثال ، في on - Off Deiling ، أبسط أشكال التعديل ، يتم تشغيل الليزر وإيقافه لتمثيل الثنائي 1s و 0s على التوالي. تتحكم إشارة البيانات الكهربائية في التيار المقدم إلى الصمام الثنائي بالليزر. عندما تكون الإشارة الكهربائية عالية ، يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي بالليزر ، مما يتسبب في انبعاث الضوء (يمثل ثنائيًا 1). عندما تكون الإشارة الكهربائية منخفضة ، يتم إيقاف تشغيل الليزر (يمثل ثنائيًا 0).

لضمان دقة وجودة الإشارة ، يتضمن جهاز الإرسال أيضًا مكونات لتكييف الإشارة وتضخيمها. يمكن أن تساعد هذه المكونات في ضبط الطاقة والشكل والخصائص الأخرى للإشارة الكهربائية قبل استخدامها لتعديل الليزر.

الانتشار عبر الفضاء الحرة

بمجرد إنشاء الإشارة البصرية في جهاز الإرسال ، تبدأ رحلتها عبر مساحة خالية. يتأثر انتشار الإشارة البصرية في الفضاء الحرة بعدة عوامل ، بما في ذلك الظروف الجوية والمسافة واختلاف الشعاع.

تلعب الظروف الجوية دورًا مهمًا في FSOC. يحتوي الجو على جزيئات مختلفة مثل الغبار وبخار الماء والهباء الجوي. يمكن لهذه الجسيمات مبعثرات وتمتص الإشارة البصرية ، مما يؤدي إلى توهين الإشارة. على سبيل المثال ، في الظروف الضبابية أو الضبابية ، يمكن لقطرات المياه في الهواء أن تنتشر الضوء ، مما يقلل من قوة الإشارة المستلمة في الوجهة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتسبب الاضطراب في الغلاف الجوي في تقلب الشعاع في الشدة والاتجاه ، وهي ظاهرة تعرف باسم التلألؤ.

تؤثر المسافة بين جهاز الإرسال والمستقبل أيضًا على الإشارة. مع انتقال الإشارة البصرية إلى أبعد من ذلك ، تنتشر بسبب اختلاف الشعاع. انحراف الشعاع هو خاصية متأصلة من حزم الليزر ، ويتسبب في انخفاض كثافة الطاقة للإشارة مع المسافة. تتبع العلاقة بين كثافة الطاقة والمسافة القانون العكسي المربع ، مما يعني أن كثافة الطاقة للإشارة تتناسب عكسيا مع مربع المسافة من المصدر.

استقبال الإشارة والاكتشاف

عندما تصل الإشارة البصرية إلى المتلقي ، فإن الخطوة الأولى هي جمع الضوء. يتم ذلك عادةً باستخدام عدسة أو نظام مرآة. ثم يتم تركيز الضوء الذي تم جمعه على كاشف ضوئي ، والذي يحول الإشارة البصرية إلى إشارة كهربائية.

تم تصميم أجهزة الكشف الضوئي لتوليد تيار كهربائي أو جهد يتناسب مع شدة ضوء الحادث. تشمل الأنواع الشائعة من أجهزة الكشف الضوئية المستخدمة في أنظمة FSOC الضوئيات الضوئية والوديدات الضوئية للانهيار الجليدي (APDS). الأدوار الضوئية بسيطة ولديها وقت استجابة سريع ، في حين أن APDs لديها مكاسب داخلية ، والتي يمكن أن تحسن من حساسية المتلقي.

بعد تحويل الكشف الضوئي للإشارة البصرية إلى إشارة كهربائية ، يجب معالجة الإشارة الكهربائية. وهذا ينطوي على التضخيم ، والتصفية ، وإزالة التشكيل. يتم استخدام التضخيم لزيادة قوة الإشارة الكهربائية ، ويستخدم التصفية لإزالة الضوضاء والترددات غير المرغوب فيها ، ويتم استخدام التشكيل لاستخراج البيانات الأصلية من الإشارة الكهربائية المعدلة.

تحليل الإشارة وضمان الجودة

لضمان التشغيل الموثوق لنظام الاتصالات البصرية المجانية ، من الضروري تحليل جودة الإشارات في مراحل مختلفة. هذا هو المكان الذي تدخل فيه محللون الإشارات. كمورد إشارة ، نقدم مجموعة من محللات الإشارات عالية الجودة التي يمكن استخدامها في أنظمة FSOC. على سبيل المثال ، وN9030A محلل إشارة Agilent PXA ، 3 هرتز إلى 50 جيجا هرتزيوفر تحليلًا دقيقًا ومفصلًا للإشارات البصرية والكهربائية. يمكن أن يقيس المعلمات مثل قوة الإشارة ، طيف التردد ، وجودة التعديل.

خيار آخر ممتاز هوFSW8 Rohde & Schwarz Signal and Spectrum Analyzer ، 2 Hz - 8 GHz. يوفر هذا المحلل تحليل طيف عالي الدقة ، وهو أمر بالغ الأهمية لاكتشاف وتحليل أي تدخل أو تشويه في الإشارة. بالإضافة إلى ذلك ، و35670A Agilent FFT Dynamic Signal Analyzer ، DC - 102.4 KHzيمكن استخدامها للوقت - المجال والتردد - تحليل المجال للإشارات الكهربائية في النظام.

تساعد محللات الإشارات هذه في تحديد أي مشكلات مع الإشارة ، مثل الضوضاء أو التشويه أو التعديل غير الصحيح. من خلال مراقبة الإشارات وتحليلها بشكل مستمر ، يمكن للمشغلين اتخاذ إجراءات تصحيحية لتحسين أداء وموثوقية نظام FSOC.

التحديات والحلول في سفر الإشارة

على الرغم من العديد من مزايا التواصل البصري المجاني - الفضاء ، هناك العديد من التحديات المرتبطة بسفر الإشارة. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن أن تسبب الظروف الجوية تدهورًا كبيرًا للإشارة. للتخفيف من آثار الاضطراب في الغلاف الجوي ، يمكن استخدام تقنيات مثل البصريات التكيفية. تستخدم أنظمة البصريات التكيفية مرايا قابلة للتشوه لتصحيح تشويه واجهة الموجة الناتجة عن الاضطراب ، وتحسين جودة الإشارة المستقبلة.

التحدي الآخر هو المحاذاة بين جهاز الإرسال والمستقبل. نظرًا لأن الحزمة البصرية لديها زاوية تباعد ضيقة ، فإن اختلالًا صغيرًا يمكن أن يؤدي إلى فقدان كبير لقوة الإشارة. لمعالجة هذه المشكلة ، يمكن استخدام أنظمة التتبع والتوجيه. تراقب هذه الأنظمة بشكل مستمر موضع جهاز الإرسال والمستقبل وضبط المحاذاة في الوقت الحقيقي.

الاتصال للمشتريات

إذا كنت مهتمًا بتعزيز نظام الاتصالات البصرية المجانية - أو تحتاج إلى منتجات عالية الجودة - نحن هنا لمساعدتك. كمورد إشارة رائد ، لدينا مجموعة واسعة من المنتجات والحلول لتلبية متطلباتك المحددة. سواء كنت بحاجة إلى ثنائيات الليزر لتوليد الإشارات أو أجهزة الكشف الضوئية لاستقبال الإشارة أو محللات الإشارات لضمان الجودة ، يمكننا تزويدك بأفضل المنتجات الفئة. اتصل بنا للمشتريات ودعنا نناقش كيف يمكننا العمل معًا لتحسين نظام الاتصال الخاص بك.

مراجع

1. Kaushal ، Arpit ، و Pramod K. Varshney. "مجاني - التواصل البصري للفضاء: دراسة استقصائية شاملة." IEEE Communications Surveys & Tutorials 16.4 (2014): 2231 - 2258.
2. Ghassemlooy ، Zabih ، وآخرون. "مجاني - التواصل البصري للفضاء: الفرص والتحديات." IEEE Photonics Journal 5.4 (2013): 1 - 23.
3. Popoola ، Wasiu O. ، و Syed AA Zaidi. "التقدم في التواصل البصري المجاني - الفضاء: مراجعة." IEEE Access 6 (2018): 4720 - 4742.