АТМОСФЕРНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ (АОЛС) С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬЮ

Михайлов И.В., Орлов Д.Ю., Краснокутский В.А.
Донецкий национальный технический университет

Доклад на всеукраинской студенческой конференции, ДонНТУ, 2005г.

В данном докладе рассматривается проблема эффективного использования АОЛС в качестве каналообразующего оборудования вычислительных сетей и сетей связи. Нами были выделены следующие области применения АОЛС:

• использование АОЛС в качестве оборудования “последней мили”
• для связи сегментов ЛВС
• для организации магистральных каналов
• в высоконадежных каналах

Наиболее широко на данный момент представлен сектор оборудования  АОЛС для магистральных каналов. В этом секторе использование АОЛС во многих случаях экономически выгоднее, чем использование радиоканалов или оптоволоконных линий связи [1]. С другой стороны, минимальная стоимость оборудования АОЛС на данный момент составляет немногим более $1000, что делает невозможным его использование в п.1 и п.2. С учетом большого объема рынка данного оборудования подчеркивается экономическая целесообразность создания АОЛС стоимостью порядка нескольких сотен долларов и соответствующих следующим параметрам:

• Дальность связи 200 – 300 м
• Скорость передачи 10 – 100 Мбит/c
• Прозрачность для сетевых протоколов канального уровня
• Простота конструкции, надежность и легкость в установке и эксплуатации

Одной из основных проблем АОЛС является проблема повышения надежности и доступности (времени, в течении которого атмосферные явления не мешают передаче информации) канала. Как правило, в существующих системах для улучшения этих параметров используется более мощные излучатели и более чувствительные приемники, что ведет к значительному увеличению стоимости АОЛС.
Нами предлагается использовать алгоритмические методы повышения помехоустойчивости (МПП) для того, чтобы снизить требования к оптоэлектронным приемопередатчикам АОЛС. Кроме этого использование АМПП дает следующие преимущества:

• Позволит увеличить дальность передачи за счет компенсации нестабильности канала при повышенной дальности
• АМПП гарантируют доставку целостных данных
• Возможно создание адаптивных систем

В адаптивной системе на основании статистических данных о состоянии канала АОЛС, данных о состоянии атмосферы, уровне фоновых помех, выполняется регулирование мощности излучателя, чувствительности приемника, алгоритмов кодирования и других параметров. Это позволит еще более снизить требования к аппаратуре, уменьшить энергопотребление, повысить надежность и время наработки на отказ.

В [2] подробно изложены возникающие в атмосфере виды оптических помех. Рассмотрим их влияние на АОЛС:

• Релеевское рассеяние оптического сигнала в атмосфере слишком мало - 10-2/км от уровня сигнала, поэтому  не учитывается.
• Аэрозольное рассеяние, меняется в сильных пределах – от 0 до 300 дБл/км, для борьбы с переменной составляющей можно использовать АМПП.
• Влияние молекулярного поглощения зависит от длинны волны. Необходимо выбирать длину волны несущей в окне прозрачности атмосферы (см. [3]).
• Влияние турбулентности – рассеяние луча в следствие оптической неоднородности атмосферы. Эффективно устраняется с помощью АМПП.
• Фоновые помехи. Переменная составляющая устраняется с помощью фильтров, АМПП. Постоянная – светофильтров, бленд.
• Нелинейные эффекты распространения наблюдаются только при очень мощном излучении.

В качестве АМПП предлагается использование

• кодов коррекции ошибок (ККО),
• контроля целостности пакетов и запросов на повторную передачу пакета в случае ошибки (иногда такой метод называют передачей информации с решающей обратной связью - РОС).

На данный момент для проверки  эффективности алгоритмов и технических решений была реализована тестовая АОЛС (скорость 115Кбит/c, дальность связи более 130м, мощность излучателя менее 1 мВт, спектр – видимый красный).  Ведутся работы над ее совершенствованием, анализом и разработкой алгоритмов АМПП.

Литература

1. Николаев А. Технико-экономические показатели цифровых радиотелефонных сетей на основе атмосферных оптических линий связи. Информост - радиоэлектроника и телекоммуникации, № 5(18), 2001

2. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере.-М.: Советское радио, 1970.

3. Атмосферная спектроскопия, http://spectra.iao.ru