[go: up one dir, main page]

RU2750237C1 - Two-way wireless optical communication system - Google Patents

Two-way wireless optical communication system Download PDF

Info

Publication number
RU2750237C1
RU2750237C1 RU2020130839A RU2020130839A RU2750237C1 RU 2750237 C1 RU2750237 C1 RU 2750237C1 RU 2020130839 A RU2020130839 A RU 2020130839A RU 2020130839 A RU2020130839 A RU 2020130839A RU 2750237 C1 RU2750237 C1 RU 2750237C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
train
optical communication
communication
subos
Prior art date
Application number
RU2020130839A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Любовь Михайловна Журавлева
Владимир Леонидович Лошкарев
Михаил Романович Ивашевский
Владислав Витальевич Левшунов
Михаил Алексеевич Нилов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Priority to RU2020130839A priority Critical patent/RU2750237C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750237C1 publication Critical patent/RU2750237C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

FIELD: wireless optical communication.SUBSTANCE: invention relates to the field of wireless optical communication (WOC) and can be used to design two-way communication systems between stationary and mobile objects. To achieve the technical result, the wireless optical communication system is placed in a thermostabilized, shielded from electromagnetic interference housing and equipped with an automatic optical axis adjustment (AOAA) device in the transmitter, an optical concentrator and a bandpass filter in the receiver, automatic receiver gain control (AGC), an adaptive laser power adjustment system ( ALPAS).EFFECT: technical result consists in the creation of stable and reliable high-speed channels adapted to the operating conditions on railway transport and connecting the mobile devices of passengers, the driver and members of the train crew of the rolling stock with the switches of the operational-technological, mobile, satellite communication networks using a fiber-optic information transmission system (FOTS).1 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к области беспроводных оптических каналов и может быть использовано для проектирования систем двусторонней связи между стационарными и подвижными объектами.The invention relates to the field of wireless optical channels and can be used to design two-way communication systems between stationary and mobile objects.

Задача изобретения состоит в создании устойчивых и надежных высокоскоростных систем передачи информации, адаптированных к условиям эксплуатации на железнодорожном транспорте, соединяющих мобильные устройства пассажиров, машиниста и членов поездной бригады подвижного состава с коммутаторами сетей оперативно-технологической, сотовой, спутниковой связи и др.The objective of the invention is to create stable and reliable high-speed information transmission systems, adapted to the operating conditions on railway transport, connecting the mobile devices of passengers, the driver and members of the train crew of the rolling stock with the switches of the operational-technological, cellular, satellite communication networks, etc.

Уровень техникиState of the art

Известны варианты систем передачи данных на подвижные объекты (поезда) с помощью устройств беспроводной оптической связи, рассмотренные в литературе:There are known variants of data transmission systems to mobile objects (trains) using wireless optical communication devices, considered in the literature:

1) M. Sivaranjani, Dr. J. Vidhya "System Performance of Free Space Optics in Underground Moving Train Using Optisystem 14"; "Asian Journal of Applied Science and Technology (AJAST)" 2017;1) M. Sivaranjani, Dr. J. Vidhya "System Performance of Free Space Optics in Underground Moving Train Using Optisystem 14"; "Asian Journal of Applied Science and Technology (AJAST)" 2017;

2) R. Paudel, Z. Ghassemlooy, H. Li. Minh, S.Rajbhanderi; "Modelling of free space optical link for ground-to-train communications using a Gaussian source." "The Institution of Engineering and Technology" 2013;2) R. Paudel, Z. Ghassemlooy, H. Li. Minh, S. Rajbhanderi; "Modeling of free space optical link for ground-to-train communications using a Gaussian source." "The Institution of Engineering and Technology" 2013;

3) R. Paudel, H. Le-Minh, Z. Ghassemlooy, M. Ijaz and S. Rajbhandari "High speed train communications system using free space optics"; "Optical Communications Research Group, NCRLab, Northumbria University" 2017;3) R. Paudel, H. Le-Minh, Z. Ghassemlooy, M. Ijaz and S. Rajbhandari "High speed train communications system using free space optics"; Optical Communications Research Group, NCRLab, Northumbria University 2017;

4) RU 2 281 610, C1, кл. H04B 10/10, опубл. 10.08.2006 г. " Устройство передачи данных через открытый оптический атмосферный канал связи";4) RU 2 281 610, C1, cl. H04B 10/10, publ. 10.08.2006 "Device for transmitting data through an open optical atmospheric communication channel";

5) RU 2 451 397, С2, кл. Н04В 10/10, опубл. 10.08.2011; " Устройство системы оптической связи с автоматическим сопровождением светового луча на приемнике информации";5) RU 2 451 397, C2, cl. Н04В 10/10, publ. 08/10/2011; "Arrangement of an optical communication system with automatic tracking of a light beam on an information receiver";

6) RU 2 155 450, С1, кл. Н04В 10/12, опубл. 27.08.2000; "Устройство двухсторонней оптической связи";6) RU 2 155 450, C1, cl. Н04В 10/12, publ. 08/27/2000; "Two-way optical communication device";

7) RU 57 995, U1, кл. Н04В 17/00. опубл. 27.10.2006; "Система беспроводной оптической связи";7) RU 57 995, U1, cl. Н04В 17/00. publ. 10/27/2006; "Wireless optical communication system";

8) RU 2 225 024, С1, кл. G02B 27/64 опубл. 27.02.2004. " Система стабилизации изображения на подвижном основании".8) RU 2 225 024, C1, cl. G02B 27/64 publ. February 27, 2004. "Image stabilization system on a movable base".

Для организации двусторонней связи предусматриваются устройства беспроводной двусторонней оптической связи (БОС) двух типов: стационарные (СУБОС) и подвижные (ПУБОС). Стационарные устанавливаются на опорах контактной сети на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы диаграмма направленности оптического пучка охватывала участок, равный максимально возможной длине поезда. Подвижные устройства устанавливаются на крышах вагонов таким образом, чтобы минимизировать действие аэродинамического «ветра», а именно, в середине вагона. Количество подвижных ПУБОС зависит от типа вагона и длины поезда. Все подвижные ПУБОС объединяются с помощью коммутатора, который выбирает и подключает к каналу БОС одну из них с помощью микропроцессора по алгоритму детектора максимального значения.To organize two-way communication, two types of wireless two-way optical communication devices (BFB) are provided: stationary (SUBOS) and mobile (PUBOS). Stationary ones are installed on the supports of the contact network at a distance from each other so that the directional diagram of the optical beam covers a section equal to the maximum possible train length. Movable devices are installed on the roofs of the cars in such a way as to minimize the effect of the aerodynamic "wind", namely, in the middle of the car. The number of mobile PUBOS depends on the type of carriage and the length of the train All mobile PUBOS are combined using a switch, which selects and connects one of them to the biofeedback channel using a microprocessor according to the maximum value detector algorithm.

Для повышения надежности канала БОС предусмотрено резервирование с помощью радиостанций на случай резкого ухудшения условий распространения оптического сигнала, устанавливаемых на опорах контактной сети и локомотиве поезда, и работающих в свободном частотном диапазоне (2,4ГГц).To increase the reliability of the biofeedback channel, redundancy is provided with the help of radio stations in case of a sharp deterioration in the conditions of propagation of the optical signal, installed on the supports of the contact network and the train locomotive, and operating in the free frequency range (2.4 GHz).

Изобретение относится к области беспроводной оптической связи БОС и может быть применено при проектировании устройств передачи данных по информационным сетям с подвижными объектами. Необходимость использования БОС обусловлено потребностью в повышении пропускной способности каналов связи и огромными преимуществами перед другими видами связи, а именно:The invention relates to the field of wireless optical communication biofeedback and can be used in the design of devices for transmitting data over information networks with mobile objects. The need to use biofeedback is due to the need to increase the throughput of communication channels and huge advantages over other types of communication, namely:

1) возможность использования диапазона частот, не требующего лицензирования;1) the ability to use a frequency range that does not require licensing;

2) нечувствительность БОС к электромагнитным помехам;2) insensitivity of biofeedback to electromagnetic interference;

3) отсутствие электромагнитных помех от БОС для других средств связи;3) absence of electromagnetic interference from biofeedback for other communication means;

4) высокая скорость передачи данных;4) high data transfer rate;

5) высокий уровень безопасности передачи информации;5) high level of security of information transfer;

6) простота монтажа, демонтажа и небольшие габариты оборудования;6) ease of installation, dismantling and small dimensions of the equipment;

7) возможность инсталляция связи без использования дополнительной инфраструктуры.7) the ability to install communications without using additional infrastructure.

Однако имеются и недостатки:However, there are also disadvantages:

1) зависимость от погодных условий;1) dependence on weather conditions;

2) ограниченная дальность связи;2) limited communication range;

3) необходимость прочного крепления оборудования;3) the need for firm fixing of equipment;

4) относительная дороговизна оборудования.4) the relative high cost of equipment.

Известны варианты систем передачи данных на подвижные объекты (поезда) с помощью устройств беспроводной оптической связи, рассмотренные в литературе: [1-8]Known options for data transmission systems to mobile objects (trains) using wireless optical communication devices, discussed in the literature: [1-8]

В них рассмотрены общие схемы организации связи между стационарным пунктом и движущимся поездом и приведены зависимости уровней сигнала и вероятности ошибки от расстояния, полученные экспериментальным путем и с помощью математического моделирования. В работах [1, 2] сделаны выводы: 1) непрерывный канал оптической связи сохраняется при вибрациях во время движения поезда; 2) в условиях железнодорожного транспорта можно организовать высокоскоростную передачу данных по каналам БОС. Недостатком материала, изложенного в [1, 2], является отсутствие схемы включения каналов БОС в общую сеть связи железнодорожного транспорта и других конструктивных особенностей приемопередающей аппаратуры, учитывающих специфику связи в условиях движущегося поезда.They consider the general schemes for organizing communication between a stationary point and a moving train and show the dependences of the signal levels and the probability of error on the distance, obtained experimentally and using mathematical modeling. In works [1, 2], the following conclusions were drawn: 1) a continuous optical communication channel is preserved during vibrations during the movement of the train; 2) in the conditions of railway transport, it is possible to organize high-speed data transmission via biofeedback channels. The disadvantage of the material presented in [1, 2] is the lack of a scheme for including biofeedback channels in the general communication network of railway transport and other design features of the transceiver equipment, taking into account the specifics of communication in a moving train.

В каждом из источников [3-8] рассматриваются отдельные устройства, повышающие качество беспроводной оптической связи: 1) борьбы с возмущениями положения светового пучка из-за изменений атмосферных условий или вибраций с помощью системы автоматической подстройки (коррекции) оптической оси [3]; 2) устранения вибраций для стационарного СУБОС и подвижного ПУБОС при движении поезда [4]; 3) автоматической регулировки усиления приемника при изменениях уровня оптического сигнала во время движения поезда [5]; 4) резервирования канала БОС с помощью радиостанций [6]; 5) регулирования мощности лазеров и глубины амплитудной модуляции в зависимости от погодных условий [7]; 6) стабилизации изображения при движении объекта [8]. Общим недостатком работ [3-8] является отсутствие комплексных мер по обеспечению работоспособности БОС при движении поезда, которые требуются для адаптации БОС к условиям эксплуатации на железнодорожном транспорте.In each of the sources [3-8], separate devices are considered that improve the quality of wireless optical communication: 1) combating perturbations in the position of the light beam due to changes in atmospheric conditions or vibrations using the system of automatic adjustment (correction) of the optical axis [3]; 2) elimination of vibrations for stationary SUBOS and mobile OUBOS during train movement [4]; 3) automatic adjustment of the receiver gain when the level of the optical signal changes during the movement of the train [5]; 4) reservation of the biofeedback channel using radio stations [6]; 5) regulation of laser power and amplitude modulation depth depending on weather conditions [7]; 6) image stabilization when the object is moving [8]. A common drawback of works [3-8] is the lack of comprehensive measures to ensure the operability of the biofeedback during train movement, which are required to adapt the biofeedback to the operating conditions on railway transport.

Наиболее близким по технической сущности является устройство двусторонней беспроводной оптической связи [7], содержащее два приемопередающих узла, каждый из которых имеет передатчик с оптической системой в виде коллимирующей оптики с автоматической компенсацией возмущений положения светового пучка, лазером с регулируемым источником питания; фотоприемник с оптической системой в виде собирающих и фокусирующих линз, а также поворотных зеркал для устранения солнечной засветки, схему обработки, регулирования и формирования импульсов управления мощностью лазеров и глубиной модуляции для адаптивного отслеживания условий распространения сигнала в атмосфере. Главный недостаток прототипа - невозможность использования устройства для железнодорожного транспорта без дополнительных систем, обеспечивающих работоспособность приемопередающих устройств при движении поезда.The closest in technical essence is a two-way wireless optical communication device [7], containing two transceiver nodes, each of which has a transmitter with an optical system in the form of collimating optics with automatic compensation for disturbances in the position of the light beam, a laser with an adjustable power source; a photodetector with an optical system in the form of collecting and focusing lenses, as well as rotary mirrors to eliminate solar illumination, a circuit for processing, regulating and shaping pulses for controlling laser power and modulation depth for adaptive tracking of signal propagation conditions in the atmosphere. The main disadvantage of the prototype is the impossibility of using the device for railway transport without additional systems that ensure the operability of the transceiver devices when the train is moving.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Принципиальным отличием заявляемого изобретения от прототипа является следующее. При движении поезда уровень сигнала в приемопередатчиках устройств беспроводной оптической связи (УБОС), будет меняться по мере удаления подвижного ПУБОС от одного стационарного устройства СУБОС и приближения к другому СУБОС. Следовательно, в приемниках УБОС необходимо устройство автоматической регулировки усиления АРУ для стабилизации амплитуды электрического импульса на выходе фотоприемника в определенном рабочем диапазоне значений. Кроме того, длина поезда и кривизна пути может привести к потери «прямой видимости» в канале БОС, что требует установки на поезде нескольких ПУБОС, количество которых зависит от типа вагонов (габаритов и установленного оборудования на крыше), а также наличия сети Wi-Fi и длины поезда. Следовательно, для создания беспроводной оптической связи на железнодорожном транспорте канал БОС должен состоять как минимум из одного стационарного СУБОС на опоре контактной сети и нескольких ПУБОС в движущемся поезде, которые по очереди подключаются к каналу БОС с помощью коммутатора после измерения и сравнения уровней сигнала по принципу детектора максимального значения. В прототипе рассматривается вариант соединения «точка-точка» и предусматривается наличие двух приемопередатчиков без системы АРУ в приемниках.The fundamental difference between the claimed invention and the prototype is the following. When the train is moving, the signal level in the transceivers of wireless optical communication devices (UBOS) will change as the mobile OUBOS moves away from one stationary SUBOS device and approaches another SUBOS. Therefore, in UBOS receivers, a device for automatic control of the AGC gain is needed to stabilize the amplitude of the electric pulse at the output of the photodetector in a certain operating range of values. In addition, the length of the train and the curvature of the track can lead to a loss of "line of sight" in the biofeedback channel, which requires the installation of several PUBOS on the train, the number of which depends on the type of cars (dimensions and equipment installed on the roof), as well as the presence of a Wi-Fi network and the length of the train. Consequently, to create wireless optical communication on railway transport, the biofeedback channel must consist of at least one stationary SUBOS on the support of the contact network and several OUBS in a moving train, which are in turn connected to the biofeedback channel using a switch after measuring and comparing the signal levels according to the detector principle maximum value. The prototype considers a point-to-point connection option and provides for the presence of two transceivers without an AGC system in the receivers.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Задача изобретения состоит в создании устойчивых и надежных высокоскоростных каналов связи, адаптированных к условиям эксплуатации на железнодорожном транспорте, и соединяющих мобильные устройства пассажиров, машиниста и членов поездной бригады подвижного состава с коммутаторами сетей оперативно-технологической, мобильной, спутниковой связи с помощью волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСП).The objective of the invention is to create stable and reliable high-speed communication channels, adapted to operating conditions on railway transport, and connecting mobile devices of passengers, driver and members of the train crew of rolling stock with switches of networks of operational technological, mobile, satellite communication using a fiber-optic system information transmission (FOTS).

Техническая реализация изобретения возможна за счет применения комплексных мер, учитывающих не только общеизвестные факторы, ухудшающие качество оптической связи: перекрытие «прямой видимости», солнечная засветка, атмосферное поглощение, сцинтилляция, движение «опоры» и т.д., но и специфику эксплуатации устройств беспроводной оптической связи в условиях железнодорожного транспорта. К этим условиям относятся: изменение уровня сигнала при движении поезда, вибрация, дополнительные источники света от прожекторов матч освещения, встречных поездов, сигналов семафоров, электромагнитные помехи от контактной сети в линиях связи, аэродинамический «ветер» от движущегося поезда и т.д.The technical implementation of the invention is possible through the use of complex measures that take into account not only well-known factors that worsen the quality of optical communication: overlapping "line of sight", sun exposure, atmospheric absorption, scintillation, movement of the "support", etc., but also the specifics of the operation of devices wireless optical communication in railway transport. These conditions include: a change in the signal level when a train is moving, vibration, additional light sources from searchlights, match lighting, oncoming trains, semaphore signals, electromagnetic interference from a contact network in communication lines, aerodynamic "wind" from a moving train, etc.

Технический результат заявляемого изобретения достигается в результате того, что максимально используется существующая инфраструктура, а именно: проложенные вдоль железнодорожного полотна волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) и опоры контактной сети, высота которых соответствует изменениям рельефа местности. Установка стационарных СУБОС на опорах под углом, учитывающим направление «восток-запад», на уровне высоты подвижного состава обеспечит минимальную длину траектории луча и максимальное отношение сигнал/шум для ПУБОС, установленных на крышах вагонов. Стационарные СУБОС соединяются при помощи электрического кабеля (витой пары) длиной порядка 100 л/ через маршрутизаторы и мультиплексоры (MUX) волоконно-оптической системы передачи. Имеются варианты УБОС, позволяющие использовать вместо витой пары оптическое волокно [9]. Отсюда, можно создать широкополосный канал связи с подвижными объектами с использованием беспроводного оптического канала, протяженность которого зависит от мощности лазеров, удаленности места установки СУБОС от MUX и расстояния между станциями, оснащенными мультиплексорами ВОСП. С увеличением мощности лазера можно построить систему связи, позволяющую пассажирам поезда с помощью сети Wi-Fi и БОС выйти на коммутаторы сети мобильной или спутниковой связи. Для повышения надежности связи дополнительно предусмотрена установка радиостанций на опорах контактной сети и крыше локомотива, работающих в свободном диапазоне 2,4 ГГц, которые также связаны через маршрутизаторы (на опорах контактной сети) с системой ВОСП. Для реализации двусторонней связи предлагается использовать две несущие длины волн: от стационарной СУБОС к подвижной - λ1, в обратном направлении - λ2. Это позволит уменьшить объем оборудования на крышах вагонов.The technical result of the claimed invention is achieved as a result of the fact that the existing infrastructure is used to the maximum, namely: fiber-optic communication lines (FOCL) laid along the railway bed and the support of the contact network, the height of which corresponds to changes in the terrain. Installation of stationary SUBOS on supports at an angle that takes into account the direction "east-west", at the level of the height of the rolling stock will provide the minimum length of the beam path and the maximum signal-to-noise ratio for the SEWP installed on the roofs of the cars. Stationary SUBOS are connected using an electric cable (twisted pair) with a length of about 100 l / through routers and multiplexers (MUX) of a fiber-optic transmission system. There are UBOS options that allow using optical fiber instead of twisted pair [9]. From here, it is possible to create a broadband communication channel with mobile objects using a wireless optical channel, the length of which depends on the power of the lasers, the distance from the SUBOS installation site from the MUX and the distance between stations equipped with FOTS multiplexers. With an increase in laser power, it is possible to build a communication system that allows train passengers to use Wi-Fi and biofeedback systems to access the switches of the mobile or satellite communication network. To increase the reliability of communication, it is additionally provided for the installation of radio stations on the overhead supports and the roof of the locomotive, operating in the free 2.4 GHz band, which are also connected via routers (on the overhead supports) to the FOTS system. To implement two-way communication, it is proposed to use two carrier wavelengths: from stationary SUBOS to mobile - λ 1 , in the opposite direction - λ 2 . This will reduce the amount of equipment on the car roofs.

Таким образом, система двусторонней беспроводной оптической связи, состоящая из нескольких приемопередающий узлов, содержащих приемопередающие интерфейсы, приемопередающие оптические системы с автоматическим регулированием оптической оси, лазер с управляемым источником питания для регулирования мощности оптического сигнала и глубины амплитудной модуляции, фотоприемник, имеет следующие особенности:Thus, a two-way wireless optical communication system, consisting of several transceiver nodes containing transceiver interfaces, transceiver optical systems with automatic control of the optical axis, a laser with a controlled power source for adjusting the optical signal power and amplitude modulation depth, a photodetector, has the following features:

1) приемопередающие узлы подразделяются по месту расположения на стационарные, устанавливаемые на опорах контактной сети, и подвижные, устанавливаемые на крышах вагонов подвижного состава, подключаемые к каналу беспроводной оптической связи через коммутатор сети поезда согласно алгоритма детектора максимального значения;1) transceiver nodes are subdivided according to their location into stationary, installed on the supports of the contact network, and mobile, installed on the roofs of rolling stock cars, connected to the wireless optical communication channel through the train network switch according to the maximum value detector algorithm;

2) приемники приемопередающих узлов оснащены автоматической регулировкой усиления для стабилизации амплитуды электрического импульса из-за изменения уровня оптического сигнала при движении подвижного состава;2) the receivers of the transceiver units are equipped with automatic gain control to stabilize the amplitude of the electric pulse due to a change in the level of the optical signal when the rolling stock is moving;

3) для повышения надежности связи предусматривается установка радиостанций на опорах контактной сети и крыше локомотива.3) to increase the reliability of communication, it is planned to install radio stations on the supports of the contact network and on the roof of the locomotive.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а определение прототипа из перечня выявленных аналогов, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the state of the art conducted by the applicant made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all essential features of the claimed invention, and the definition of the prototype from the list of identified analogs, as the closest analogue in terms of a set of features, made it possible to identify a set of essential distinctive features set forth in the formula inventions.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию «новизны» по действующему законодательству.Consequently, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under the current legislation.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, результаты которого показывают, что заявляемое изобретение не следует из известного уровня техники, поскольку не выявлено устройство системы двусторонней оптической связи, полностью адаптированное к условиям эксплуатации на железнодорожном транспорте.To verify the compliance of the claimed invention with the requirement of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions, the results of which show that the claimed invention does not follow from the prior art, since a two-way optical communication system device fully adapted to operating conditions on railway transport has not been identified.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию «Изобретательский уровень» по действующему законодательству.Consequently, the claimed invention meets the requirement of "Inventive level" under the current legislation.

Система работает следующим образом. Излучение лазера 1 с длиной волны λ1 через коллиматорную систему 3 поступает от стационарного приемопередающего узла 10 на подвижные приемопередающие узлы 11 на крышах вагонов подвижного состава через оптическую систему 4 на фотоприемники 2 (Фиг. 1). Сигнал с выхода фотоприемника 2 поступает на устройство измерения мощности оптического сигнала 6. Результаты измерений от всех блоков 6 приемопередающих узлов 11 передаются в коммутатор 12, который с помощью микропроцессора осуществляет сравнение, выбор и подключение к каналу оптической связи приемопередающего узла 11, имеющего максимальное значение сигнала. Подключенный узел 11 остается в рабочем состоянии пока уровень мощности сигнала не упадет за допустимую границу (Фиг. 2). Это происходит при удалении приемопередающего узла 11 от стационарного узла 10. Далее к каналу подключается следующий приемопередающий узел 11, ближе всего находящийся к стационарному узлу 10. Ввиду того, что при движении поезда нельзя обеспечить постоянную амплитуду импульса на выходе фотоприемника 2, то предусмотрена система автоматической регулировки усиления 7. Далее через интерфейс приемника 9 сигнал поступает через коммутатор 12 на контроллер 13 сети Wi-Fi поезда. В обратном направлении информация поступает через блоки 13 и 12 и интерфейс передатчика 8 на модулятор, где главным элементом является лазер 1 с длиной волны λ2 и регулируемым источником питания, затем на оптическую систему 3, состоящую из коллиматорной оптики и системы автоматической подстройки оптической оси. Излучение лазера с длиной волны λ2 поступает в фотоприемник 2 приемопередающего узла 10 через оптическую систему приемника 4, состоящую из оптического концентратора и полосового фильтра, далее - на интерфейс приемника 9 и маршрутизатор 14 сети ВОСП. Для резервирования оптического канала используется радиоканал, построенный с помощью стационарной 16 и локомотивной 15 радиостанций. При ухудшении условий распространения сигнала из-за повышения затухания в атмосфере предусмотрена система регулирования мощности лазеров и величины амплитуды импульсов 17 в приемнике узла 10 и приемнике активного узла 11. В блоке 17 осуществляются: 1) оценка уровня входного сигнала, расчеты величины среднего значения тока питания лазера и величины амплитуды импульса с помощью микроконтроллера; 2) формирование управляющих сигналов для регулировки мощности лазеров 1 в передатчиках узлов 10 и 11 через исполнительный элемент в источнике питания (Фиг. 3). Блок 17 включается в случае, если измеренный уровень сигнала в блоке 6 вышел за границы допустимых значений (Фиг. 2). Устойчивое и надежное функционирование беспроводного оптического канала связи обеспечивают следующие системы, связывающие стационарный узел и подвижные узлы УБОС:The system works as follows. The radiation of the laser 1 with a wavelength λ 1 through the collimator system 3 comes from the stationary transceiver unit 10 to the mobile transceiver units 11 on the roofs of the rolling stock cars through the optical system 4 to the photodetectors 2 (Fig. 1). The signal from the output of the photodetector 2 is fed to the device for measuring the power of the optical signal 6. The measurement results from all units 6 of the transceiver nodes 11 are transmitted to the switch 12, which, using a microprocessor, compares, selects and connects to the optical communication channel of the transceiver node 11 having the maximum signal value ... The connected node 11 remains in working condition until the signal power level drops beyond the permissible limit (Fig. 2). This occurs when the transceiver unit 11 is removed from the stationary node 10. Next, the next transceiver node 11, which is closest to the stationary node 10, is connected to the channel. Due to the fact that during the movement of the train it is impossible to provide a constant pulse amplitude at the output of the photodetector 2, an automatic system is provided. gain control 7. Further, through the interface of the receiver 9, the signal is sent through the switch 12 to the controller 13 of the Wi-Fi network of the train. In the opposite direction, information goes through blocks 13 and 12 and the transmitter interface 8 to the modulator, where the main element is a laser 1 with a wavelength λ 2 and an adjustable power supply, then to the optical system 3, consisting of collimator optics and an automatic optical axis adjustment system. Laser radiation with a wavelength λ 2 enters the photodetector 2 of the transceiver node 10 through the optical system of the receiver 4, consisting of an optical concentrator and a band-pass filter, then to the interface of the receiver 9 and the router 14 of the FOTS network. To reserve the optical channel, a radio channel is used, built using stationary 16 and locomotive 15 radio stations. When the conditions for signal propagation deteriorate due to an increase in attenuation in the atmosphere, a system is provided for regulating the laser power and the magnitude of the pulse amplitude 17 in the receiver of the node 10 and the receiver of the active node 11. In block 17, the following is carried out: laser and the magnitude of the pulse amplitude using a microcontroller; 2) the formation of control signals to adjust the power of lasers 1 in the transmitters of nodes 10 and 11 through an actuator in the power supply (Fig. 3). Block 17 is turned on if the measured signal level in block 6 is out of range (Fig. 2). Stable and reliable operation of the wireless optical communication channel is ensured by the following systems that connect the stationary node and the mobile nodes of the UBOS:

1. Система автоматического регулирования оптической оси (АПОО) 3, исполнительным элементом в которой является сервопривод для изменения углового положения коллиматора. Смещение луча лазера происходит после прохождения пучка света по трассе (между узлами 10 и 11), который фиксируется верхним и нижним фотодетекторами. Разностный сигнал фотодетекторов корректирует угловое положение коллиматора СУБОС и ПУБОС.1. The automatic control system of the optical axis (APOO) 3, the executive element of which is a servo for changing the angular position of the collimator. The displacement of the laser beam occurs after the passage of the light beam along the path (between nodes 10 and 11), which is fixed by the upper and lower photodetectors. The difference signal of the photodetectors corrects the angular position of the SUBOS and PUBOS collimators.

2. Система автоматической регулировки усиления АРУ 7 в приемнике сигналов.2. Automatic gain control system AGC 7 in the signal receiver.

3. Система автоматического подключения с помощью блока 12 приемопередающего узла 11.3. Automatic connection system using block 12 of the transceiver node 11.

4. Система автоматического регулирования мощности лазера и глубины модуляции с помощью блока 17 (АРМЛ).4. System for automatic control of laser power and modulation depth using unit 17 (ARML).

Устройство системы двусторонней оптической беспроводной связи функционирует без ошибок, если выполняются перечисленные ниже условия.The two-way optical wireless communication device operates without error when the following conditions are met.

1. Время прохождения сигнала в системе автоматической подстройки оптической оси (АПОО) между узлами 10 и 11, а также время срабатывания (быстродействие) исполнительного элемента в петле обратной связи блока 3 (сервопривода) должно быть меньше длительности элементарного импульса. Время на преодоление сигналом расстояния 25 м (учитывающее высоту опоры контактной сети) со скоростью света между узлами 10 и 11 в петле обратной связи составит 162 нс. При скорости передачи двухпозиционных сигналов (информации) 1Гбит/с длительность элементарного импульса равна 1 нс. С учетом инерционности исполнительного элемента можно сделать вывод: во время подстройки системы 3 возможны искажения элементарных импульсов в информационном пакете.1. The transit time of the signal in the automatic adjustment of the optical axis (APOO) between nodes 10 and 11, as well as the response time (speed) of the actuator in the feedback loop of unit 3 (servo drive) should be less than the duration of an elementary pulse. The time required for the signal to travel a distance of 25 m (taking into account the height of the contact network support) at the speed of light between nodes 10 and 11 in the feedback loop will be 162 ns. At a transmission rate of two-position signals (information) of 1 Gbit / s, the duration of an elementary pulse is 1 ns. Taking into account the inertia of the actuator, we can conclude: during the adjustment of system 3, distortion of elementary pulses in the information packet is possible.

2. Время срабатывания (быстродействие) элементов, входящих в систему автоматической регулировки усиления в приемнике УБОС, должно быть значительно меньше длительности элементарного импульса (1нс). Время срабатывания элементов в петле АРУ, реализованных с помощью наноэлектроники, не превысит 10 пс [10], что позволит обеспечить своевременную подстройку уровня сигнала в приемнике.2. The response time (speed) of the elements included in the automatic gain control system in the UBOS receiver should be significantly less than the duration of an elementary pulse (1 ns). The response time of the elements in the AGC loop, implemented using nanoelectronics, will not exceed 10 ps [10], which will ensure timely adjustment of the signal level in the receiver.

3. Время переключения с одного подвижного ПУБОС на другое, зависящее от быстродействия исполнительных элементов и тактовой частоты микропроцессора 12, должно быть: 1) значительно меньше времени активной работы подвижного ПУБОС; 2) меньше длительности элементарного импульса. Если поезд движется со скоростью 120 км/ч (33,3 м/с), то предполагаемое расстояние 25 м (между узлами связи 11 на крыше вагона) поезд пройдет за 0,75 с. Это значит, что каждые 0,75 с потребуется переключать узлы 11 в движущемся поезде. Тактовая частота современных микропроцессоров имеет порядок 4ГГц (может быть и выше), что соответствует длительности переключения 0,25 нс. Поэтому временные затраты на переключения блоков 11 соответствуют первому и второму условиям.3. The time of switching from one mobile PUBOS to another, depending on the speed of the actuators and the clock frequency of the microprocessor 12, should be: 1) much less than the active operation time of the mobile PUBOS; 2) shorter than the duration of an elementary pulse. If the train moves at a speed of 120 km / h (33.3 m / s), then the estimated distance of 25 m (between communication nodes 11 on the roof of the car) the train will cover in 0.75 s. This means that every 0.75 s it will be necessary to switch nodes 11 in a moving train. The clock frequency of modern microprocessors is of the order of 4 GHz (maybe higher), which corresponds to a switching duration of 0.25 ns. Therefore, the time spent on switching units 11 corresponds to the first and second conditions.

4. Время срабатывания устройств, входящих в петлю обратной связи регулирования мощности лазера, состоящего из времени прохождения оптического сигнала между узлами 11 и 10 и обратно, а также времени работы устройств 17 и исполнительного элемента в источнике питания лазера, должно быть меньше длительности элементарного импульса (1нс). Время на преодоление сигналом расстояния 25 м (между СУБОС и ПУБОС) со скоростью света в петле обратной связи составит 162 нс (см. пункт 1). Поэтому искажения элементарных импульсов в информационном пакете неизбежны во время подстроек системы при скорости передачи информации 1Гб/с и выше.4. The response time of the devices included in the laser power control feedback loop, which consists of the transit time of the optical signal between the nodes 11 and 10 and back, as well as the operating time of the devices 17 and the actuator in the laser power source, should be less than the duration of an elementary pulse ( 1ns). The time for the signal to travel a distance of 25 m (between SUBOS and PUBOS) at the speed of light in the feedback loop will be 162 ns (see paragraph 1). Therefore, distortions of elementary pulses in an information packet are inevitable during system adjustments at an information transfer rate of 1 Gb / s and higher.

Таким образом, для оценки работоспособности заявляемого устройства нужно определить эффективность систем АПОО и АРМЛ с помощью вероятностей ошибки Рош и потерь информационного пакета Рпотерипакета при совпадении времени передачи пакета с процессом подстройки оптической оси или мощности лазера.Thus, to assess the operability of the proposed device, it is necessary to determine the efficiency of the APOO and ARML systems using the error probabilities P osh and the loss of the information packet P packet loss when the packet transmission time coincides with the process of adjusting the optical axis or laser power.

Вероятности можно подсчитать с помощью математических ожиданий длительностей подстройки системы M[tподстройки] и отсутствия ее M[tотсутствиеподстройки] по причине турбулентности следующим образом [11]:The probabilities can be calculated using the mathematical expectations of the tuning durations of the system M [t tuning ] and its absence M [t no tuning] due to turbulence as follows [11]:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где M[tподстройки]+M[tотсутствиеподстройки]=M[Tпериод] - длительность периода турбулентности;where M [t adjustment ] + M [t no adjustment] = M [T period ] is the duration of the turbulence period;

Рподстройки - вероятность наличия периода подстройки системы;P adjustments - the probability of a system adjustment period;

Рпакета - вероятность передачи информационного пакета;P packet - the probability of transmitting an information packet;

tпакет, - длительность информационного пакета;t packet , is the duration of the information packet;

tпаузы - длительность паузы между пакетами;t pause - the duration of the pause between packets;

tподстройки - длительность периода подстройки системы;t adjustment - the duration of the system adjustment period;

tотсутствиеподстройки - длительность периода отсутствия подстройки. otsutstviepodstroyki t - duration of absence of adjustment period.

Длительность периода подстройки системы АРМЛ состоит из времени прохождения луча от подвижного ПУБОС к стационарному и обратно, а также времени работы функциональных блоков 4, 2, 17, 1, 3 в узлах 10 и 11.The duration of the adjustment period of the ARML system consists of the travel time of the beam from the mobile to the stationary and vice versa, as well as the operating time of functional blocks 4, 2, 17, 1, 3 in nodes 10 and 11.

С учетом быстродействия современной элементной базы электроники (время срабатывания порядка 10 пс) и количества функциональных блоков, период процесса подстройки может длиться порядка 167 нс.Taking into account the speed of the modern element base of electronics (response time is about 10 ps) and the number of functional blocks, the period of the tuning process can last about 167 ns.

Для расчетов вероятностей потерь и ошибки требуется статистика метеорологических изменений. Известно, например, что периоды турбулентности в атмосфере делятся на медленные и быстрые. [12]For calculating the probabilities of loss and error, statistics of meteorological changes are required. It is known, for example, that periods of turbulence in the atmosphere are divided into slow and fast. [12]

Так, для быстрой турбулентности с периодом наступления \мс и медленной с периодом 10 с вероятности по формуле (2) соответственно будут равна:So, for fast turbulence with a period of onset \ ms and slow turbulence with a period of 10 s, the probabilities according to formula (2) will be respectively equal to:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Наиболее опасны частые изменения турбулентности. Вероятность ошибки разряда (элементарного импульса) можно определить по формуле [13]:Frequent changes in turbulence are most dangerous. The probability of a discharge error (elementary pulse) can be determined by the formula [13]:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Ран - аномальная ошибка, что означает ошибка хотя бы в одном разряде пакета (Рпотеряпакета), n - число разрядов.where R an is an anomalous error, which means an error in at least one bit of a packet (P is a packet loss ), n is the number of bits.

Учитывая, что при передаче информации основное время занимают полезные сигналы (разряды пакетов), паузы между ними составляют меньше 10% от длительности пакета [14], то вероятность передачи пакета во время сеанса связи равна 0,88. Отсюда, вероятность потери пакета (1) имеет порядок 1,5⋅10-4 для частых и 1,5⋅10-8 для редких турбулентностей. Для гиперкадра, состоящего из нескольких сот бит, вероятность ошибки равна (6):Considering that useful signals (packet bits) occupy most of the time during information transmission, the pauses between them are less than 10% of the packet duration [14], the probability of packet transmission during a communication session is 0.88. Hence, the probability of packet loss (1) is of the order of 1.5⋅10 -4 for frequent and 1.5⋅10 -8 for rare turbulences. For a hyperframe consisting of several hundred bits, the error probability is (6):

Рош=(1,5⋅10-4/103)=1,5⋅10-7 (для быстрой турбулентности);P osh = (1.5⋅10 -4 / 10 3 ) = 1.5⋅10 -7 (for fast turbulence);

Рош=(1,5⋅10-8/103)=1,5⋅10-11 (для медленной турбулентности). Эти цифры характеризуют работу системы АРМЛ.P osh = (1.5⋅10 -8 / 10 3 ) = 1.5⋅10 -11 (for slow turbulence). These figures characterize the work of the ARML system.

Для системы АПОО время подстройки может занять величину на порядок большую, чем в системе АРМЛ из-за большей инерционности исполнительного элемента (сервопривода). Однако период подстройки оптической оси (частота подстроек оптической оси), который включает (помимо длительности работы АПОО) временные промежутки, когда не происходят подстройки системы, может быть значительно большим, чем периодичность турбулентности. Поэтому вероятность совпадения процесса подстройки оптической оси и передачи информационных пакетов может оказаться меньше, чем для случая медленной турбулентности (Pперестройки=1,67⋅10-8 (5)).For the APOO system, the adjustment time can take an order of magnitude larger than in the ARML system due to the greater inertia of the actuator (servo drive). However, the period of the optical axis adjustment (the frequency of the optical axis adjustments), which includes (in addition to the duration of the APOO operation) the time intervals when the system does not adjust, can be much longer than the frequency of turbulence. Therefore, the probability of the coincidence of the process of adjusting the optical axis and the transmission of information packets may turn out to be less than for the case of slow turbulence (P tuning = 1.67⋅10 -8 (5)).

Полученные результаты (значения вероятностей ошибки) свидетельствуют о том, что современный уровень техники позволяет реализовать системы двусторонней оптической беспроводной связи с движущимся поездом.The results obtained (values of the error probabilities) indicate that the state of the art makes it possible to implement two-way optical wireless communication systems with a moving train.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На Фиг. 1 приведена блок-схема системы двусторонней беспроводной оптической связи с движущимся поездом.FIG. 1 is a block diagram of a two-way wireless optical communication system with a moving train.

На Фиг. 2 изображены графики зависимости уровня сигнала от расстояния в приемниках УБОС при движении поезда.FIG. 2 shows the graphs of the dependence of the signal level on the distance in the UBOS receivers when the train is moving.

На Фиг. 3 представлена функциональная схема узлов УБОС, обеспечивающих работоспособность канала беспроводной оптической связи с движущимся поездом.FIG. 3 shows a functional diagram of the UBOS nodes that ensure the operability of the wireless optical communication channel with a moving train.

На Фиг. 4 показана структурная схема организации сети связи с поездом с использованием каналов БОС.FIG. 4 shows a block diagram of the organization of a communication network with a train using BFB channels.

На Фиг. 5 показана структурная схема организации двухуровневой сети с использованием каналов БОС для поездной связи.FIG. 5 shows a block diagram of the organization of a two-level network using BFB channels for train communication.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

На Фиг. 1 изображена система двухстороннего канала беспроводной оптической связи, состоящее из:FIG. 1 depicts a two-way wireless optical communication channel system, consisting of:

1 - лазер (модулятор) с длиной волны λ1, или λ2 и управляемым источником питания;1 - laser (modulator) with a wavelength λ 1 , or λ 2 and a controlled power supply;

2 - демодулятор (фотоприемник);2 - demodulator (photodetector);

3 - оптическая система передатчика (коллимирующая оптика с регулировкой оптической оси);3 - transmitter optical system (collimating optics with optical axis adjustment);

4 - оптическая система приемника (оптические концентратор и полосовой фильтр);4 - receiver optical system (optical concentrator and bandpass filter);

5 - вычислитель разностного сигнала для корректировки оптической оси;5 - calculator of the difference signal for correcting the optical axis;

6 - устройство измерения уровня оптического сигнала;6 - device for measuring the level of the optical signal;

7 - автоматическая регулировка усиления приемника;7 - automatic control of the receiver gain;

8 - интерфейс передатчика;8 - transmitter interface;

9 - интерфейс приемника;9 - receiver interface;

10 - стационарный приемопередатчик СУБОС;10 - stationary transceiver SUBOS;

11 - подвижный приемопередатчик ПУБОС;11 - mobile transceiver PUBOS;

12 - коммутатор с функциями оценки уровней сигналов и сравнения их согласно алгоритму детектора максимального значения;12 - switch with functions for assessing signal levels and comparing them according to the algorithm of the maximum value detector;

13 - контроллер сети Wi-Fi поезда;13 - train Wi-Fi network controller;

14 - маршрутизатор сети ВОСП;14 - FOTS network router;

15 - подвижная радиостанция;15 - mobile radio station;

16 - стационарная радиостанция (резервный канал связи);16 - stationary radio station (backup communication channel);

17 - устройство формирования сигналов управления глубиной модуляции.17 - a device for generating signals for controlling the modulation depth.

На Фиг. 2 изображены зависимости уровней сигнала от расстояния между УБОС на входе фотоприемников 2 и приемопередающих узлов ПУБОС 11, установленных на крышах вагонов, при движении поезда в моменты прохождения ПУБОС мимо опоры контактной сети (СУБОС).FIG. 2 shows the dependence of the signal levels on the distance between the UBOS at the input of the photodetectors 2 and the transceiving units of the PUBOS 11, installed on the roofs of the cars, when the train moves at the moments of the passage of the UBOS past the contact network support (SUBOS).

На Фиг. 3 представлена функциональная схема узлов УБОС, обеспечивающих работоспособность канала беспроводной оптической связи на железнодорожном транспорте.FIG. 3 shows the functional diagram of the UBOS nodes that ensure the operability of the wireless optical communication channel in railway transport.

На Фиг. 4 показана структурная схема сети связи стационарных объектов с поездом:FIG. 4 shows a block diagram of a communication network of stationary objects with a train:

18 - MUX;18 - MUX;

19 - видеокамера;19 - video camera;

20 - тепловизор;20 - thermal imager;

21 - маршрутизатор21 - router

22 - пульт поездного диспетчера;22 - train dispatcher console;

23 - разветвитель на опоре контактной сети.23 - splitter on the contact network support.

Связь организована с помощью оборудования ВОСП для участков с длиной перегонов не более (2L1+L2), где L - протяженность однопролетного канала БОС, рассчитанная с учетом расположения СУБОС на опоре контактной сети, максимальное удаление которой от MUX ограничивается возможностями «витой пары» и дополнительного усилителя (не менее 100 м). Длина перегона с помощью электрического кабеля и разветвителей на опорах контактной сети делится на три участка, с разной длиной L. Стационарный СУБОС устанавливается на опоре контактной сети на максимальном расстоянии от мультиплексора ВОСП на станции, и может с помощью оптического канала БОС передавать и принимать высокоскоростные сигналы, связывая между собой, например, машиниста, диспетчера и др. При этом длина оптического однопролетного канала L выбирается в зависимости от мощности лазера и заданной дальности связи (от 100 м и более). Так, на одной опоре рядом с MUX может быть установлен СУБОС с дальностью канала БОС L1, на другой опоре - протяженностью L2, при этом (L2, φ L1,). На опорах контактной сети могут устанавливаться по паре СУБОС с направленными (фокусированными) пучками света в противоположных направлениях (четное и нечетное направления движения поездов), которые работают на одной длине волны, не создавая помех друг другу.Communication is organized using FOTS equipment for sections with a span length of no more than (2L 1 + L 2 ), where L is the length of a single-span BFB channel, calculated taking into account the location of the SUBOS on the overhead support, the maximum distance of which from the MUX is limited by the capabilities of the "twisted pair" and an additional amplifier (at least 100 m). The length of the haul with the help of an electric cable and splitters on the supports of the contact network is divided into three sections, with different lengths L. The stationary SUBOS is installed on the support of the contact network at a maximum distance from the FOSP multiplexer at the station, and can transmit and receive high-speed signals using the optical channel BFB , interconnecting, for example, a driver, dispatcher, etc. In this case, the length of the optical single-span channel L is selected depending on the laser power and the specified communication range (from 100 m and more). So, on one support next to the MUX, a SUBOS can be installed with the biofeedback channel range L 1 , on the other support - with the length L 2 , while (L 2 , φ L 1 ,). On the supports of the contact network, a pair of SUBOS can be installed with directed (focused) beams of light in opposite directions (even and odd directions of train movement), which operate at the same wavelength, without interfering with each other.

На Фиг. 5 показана структурная схема двухуровневой сети с двухсторонним беспроводным оптическим каналом связи с поездом для случая, когда длина перегонов более (2L1,+L2):FIG. 5 shows a block diagram of a two-level network with a two-way wireless optical communication channel with a train for the case when the length of the tracks is more (2L 1 , + L 2 ):

24 - подвижной состав;24 - rolling stock;

25 - ВОЛС;25 - FOCL;

26 - опора контактной сети;26 - support of the contact network;

27 - УБОС для организации нижнего уровня сети.27 - UBOS for the organization of the lower level of the network.

Для решения задачи построения беспроводной оптической связи на перегонах большой протяженности (свыше 5 км), превышающей возможности БОС, предлагается создание нижнего уровня сети, состоящей из УБОС (27) и MUX (18), разделяющих информационные потоки в разных направлениях, и работающих по принципу радиорелейной линии. Причем для организации дуплексной связи с поездом целесообразно использовать оборудование с двумя длинами волн λ1 и λ2, в противном случае нужно устанавливать по два комплекта УБОС. Рабочие длины волн выбираются, исходя из условий безопасности для пассажиров поезда в диапазоне выше 800 нм в окнах прозрачности инфракрасного диапазона [11].To solve the problem of constructing wireless optical communication on long hauls (over 5 km), exceeding the capabilities of biofeedback, it is proposed to create a lower level of a network consisting of UBOS (27) and MUX (18), separating information flows in different directions, and operating according to the principle radio relay line. Moreover, for the organization of duplex communication with the train, it is advisable to use equipment with two wavelengths λ 1 and λ 2 , otherwise it is necessary to install two sets of UBOS. Operating wavelengths are selected based on the safety conditions for train passengers in the range above 800 nm in infrared transparency windows [11].

ЛитератураLiterature

1. M. Sivaranjani, Dr. J. Vidhya "System Performance of Free Space Optics in Underground Moving Train Using Optisystem 14"; "Asian Journal of Applied Science and Technology (AJAST)" 2017;1. M. Sivaranjani, Dr. J. Vidhya "System Performance of Free Space Optics in Underground Moving Train Using Optisystem 14"; "Asian Journal of Applied Science and Technology (AJAST)" 2017;

2. R. Paudel, Z. Ghassemlooy, H. Li. Minh, S.Rajbhanderi; "Modelling of free space optical link for ground-to-train communications using a Gaussian source." "The Institution of Engineering and Technology" 2013;2. R. Paudel, Z. Ghassemlooy, H. Li. Minh, S. Rajbhanderi; "Modeling of free space optical link for ground-to-train communications using a Gaussian source." "The Institution of Engineering and Technology" 2013;

3. R. Paudel, H. Le-Minh, Z. Ghassemlooy, M. Ijaz and S. Rajbhandari "High speed train communications system using free space optics"; "Optical Communications Research Group, NCRLab, Northumbria University" 2017;3. R. Paudel, H. Le-Minh, Z. Ghassemlooy, M. Ijaz and S. Rajbhandari "High speed train communications system using free space optics"; Optical Communications Research Group, NCRLab, Northumbria University 2017;

4. RU 2 281 610, C1, кл. H04B 10/10, опубл. 10.08.2006;4. RU 2 281 610, C1, cl. H04B 10/10, publ. 08/10/2006;

5. RU2 451 397, C2, кл. H04B 10/10, опубл. 10.08.2011;5. RU2 451 397, C2, cl. H04B 10/10, publ. 08/10/2011;

6. RU 2 155 450, C1, кл. H04B 10/12, опубл. 27.08.2000;6. RU 2 155 450, C1, cl. H04B 10/12, publ. 08/27/2000;

7. RU 57 995, U1, кл. H04B 17/00. опубл. 27.10.2006;7. RU 57 995, U1, cl. H04B 17/00. publ. 10/27/2006;

8. RU 2 225 024, C1, кл. G02B 27/64 опубл. 27.02.2004.8. RU 2 225 024, C1, cl. G02B 27/64 publ. February 27, 2004.

9. AO «Мостком» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.moctkom.ru/ru/терминалы-для-мобильных-объектов/, свободный - (20.08.2020.)9. AO "Mostcom" [Electronic resource]. - Access mode: http://www.moctkom.ru/ru/terminals-for-mobile-objects/, free - (08/20/2020.)

10. Дж. М. Мартинес-Дуарт и др. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники. М.: Техносфера, 2007.-368 с;10. JM Martinez-Duart et al. Nanotechnology for micro- and optoelectronics. M .: Tekhnosfera, 2007.-368 s;

11. Н.М. Сидякин. Элементы теории случайных импульсных потоков. М.: Сов. Радио, 1965. - 263 с;11. N.M. Sidyakin. Elements of the theory of random impulse flows. M .: Sov. Radio, 1965 .-- p. 263;

12. Российская библиотека научных журналов и статей (РАН) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cvberleninka.ru/article/n/veroyatnostnoe-opisanie-turbulentnyh-protsessov-v-atmosfere/viewer, свободный - (20.08.2020.)12. Russian library of scientific journals and articles (RAS) [Electronic resource]. - Access mode: https://cvberleninka.ru/article/n/veroyatnostnoe-opisanie-turbulentnyh-protsessov-v-atmosfere/viewer, free - (08/20/2020.)

13. Г.В. Горелов, А.Ф. Фомин и др. Теория передачи сигналов, М. Транспорт, 2001. - 415 с;13. G.V. Gorelov, A.F. Fomin et al. The theory of signal transmission, M. Transport, 2001. - 415 p;

14. Ю.А. Громаков. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.: Эко-Трендз, 2000. - 239 с.14. Yu.A. Gromakov. Mobile radio communication standards and systems. M .: Eco-Trends, 2000 .-- 239 p.

Claims (2)

1. Система беспроводной оптической связи (БОС), состоящая из нескольких приемо-передающих узлов, каждый из которых содержит приемные и передающие оптические системы с автоматическим регулированием оптической оси, лазер с управляемым источником питания для регулирования мощности оптического сигнала и глубины амплитудной модуляции, фотоприемник, отличающаяся тем, что система включает стационарные устройства беспроводной двусторонней оптической связи (СУБОС) с приемо-передающими узлами и подвижные устройства беспроводной двусторонней оптической связи (ПУБОС) с приемо-передающими узлами, при этом СУБОС устанавливаются на опорах контактной сети на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы диаграмма направленности оптического узла охватывала участок, равный максимально возможной длине поезда, ПУСОБ устанавливаются на крышах вагонов в середине вагона, вдоль железнодорожного полотна и опор контактной сети проложены волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), соединяющие СУБОС с сетью оперативно-технологической связи, все ПУБОС по очереди подключаются к каналу БОС с помощью коммутатора и микропроцессора, расположенных на крыше поезда, которые выбирают и подключают к каналу БОС одну из ПУБОС по алгоритму детектора максимального значения.1. A wireless optical communication system (BFB), consisting of several transmitting and receiving nodes, each of which contains receiving and transmitting optical systems with automatic control of the optical axis, a laser with a controlled power source to control the optical signal power and the amplitude modulation depth, a photodetector, characterized in that the system includes stationary wireless two-way optical communication devices (SUBOS) with transceiving nodes and mobile wireless two-way optical communication devices (PBOS) with transceiving nodes, while the SUBOS is installed on the supports of the contact network at a distance from each other in such a way so that the directional diagram of the optical node covers a section equal to the maximum possible train length, the PUSOB is installed on the roofs of the cars in the middle of the car, fiber-optic communication lines (FOCL) are laid along the railway track and supports of the contact network, connecting the SUBOS with the operational network But technological communication, all PUBOS are in turn connected to the biofeedback channel using a switch and a microprocessor located on the roof of the train, which select and connect one of the biofeedbacks to the biofeedback channel according to the algorithm of the maximum value detector. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что приемники приемо-передающих узлов ПУБОС оснащены автоматической регулировкой усиления для стабилизации амплитуды электрического импульса из-за изменения уровня оптического сигнала в ПУБОС при движении поезда.2. The system according to claim 1, characterized in that the receivers of the receiving-transmitting units of the PUBOS are equipped with automatic gain control to stabilize the amplitude of the electric pulse due to a change in the level of the optical signal in the PUBOS when the train is moving.
RU2020130839A 2020-09-18 2020-09-18 Two-way wireless optical communication system RU2750237C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130839A RU2750237C1 (en) 2020-09-18 2020-09-18 Two-way wireless optical communication system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130839A RU2750237C1 (en) 2020-09-18 2020-09-18 Two-way wireless optical communication system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750237C1 true RU2750237C1 (en) 2021-06-24

Family

ID=76504918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130839A RU2750237C1 (en) 2020-09-18 2020-09-18 Two-way wireless optical communication system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750237C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794600C1 (en) * 2022-04-29 2023-04-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) Monitoring system for rolling stock and railway transport infrastructure based on wireless technologies

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155450C1 (en) * 1999-06-21 2000-08-27 Государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод - дочернее предприятие государственного унитарного предприятия Военно-промышленного комплекса "МАПО" Device for two-way optical communication
US6760532B1 (en) * 2000-01-28 2004-07-06 Ciena Corporation Optical device having dynamic channel equalization
US6775480B1 (en) * 1998-09-10 2004-08-10 Nortel Networks Limited Free space optical interconnect system
RU2281610C1 (en) * 2005-02-01 2006-08-10 Александр Владимирович Блюмин Device for data transfer over open optical atmospheric communication channel
RU57995U1 (en) * 2006-06-09 2006-10-27 Владимир Миронович Вишневский WIRELESS OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6775480B1 (en) * 1998-09-10 2004-08-10 Nortel Networks Limited Free space optical interconnect system
RU2155450C1 (en) * 1999-06-21 2000-08-27 Государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод - дочернее предприятие государственного унитарного предприятия Военно-промышленного комплекса "МАПО" Device for two-way optical communication
US6760532B1 (en) * 2000-01-28 2004-07-06 Ciena Corporation Optical device having dynamic channel equalization
RU2281610C1 (en) * 2005-02-01 2006-08-10 Александр Владимирович Блюмин Device for data transfer over open optical atmospheric communication channel
RU57995U1 (en) * 2006-06-09 2006-10-27 Владимир Миронович Вишневский WIRELESS OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794600C1 (en) * 2022-04-29 2023-04-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) Monitoring system for rolling stock and railway transport infrastructure based on wireless technologies

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130315604A1 (en) Mobile bi-directional free-space optical network
EP1158704B1 (en) Method and apparatus for aligning telescopes within a free-space optical communication system
US4960315A (en) Atmosphric optical communication link
EP2073404B1 (en) Method of optical free space data transmission and system to implement the method
Harada et al. Adaptive beam divergence for expanding range of link distance in FSO with moving nodes toward 6G
US7263297B2 (en) Method and device for the control of the power radiated onto a transmission telescope in free-space laser telecommunications systems
CN111525954B (en) Multi-input and multi-output wireless optical communication system for rail trains
RU2750237C1 (en) Two-way wireless optical communication system
US20210036777A1 (en) Optical communication network for pico satellites
US6643467B1 (en) Method and apparatus for controlling received power levels within a free space optical communication system
RU2174741C1 (en) Optical air communication device
Kaymak et al. Beam with adaptive divergence angle in free-space optical communications for high-speed trains
CN107483117B (en) High-speed broadband wireless communication system for track traffic vehicle and ground based on laser
Zuo et al. A design for emergency communication based on wireless laser communication
Li et al. Investigation of the Doppler frequency shift effect on inter-channel switching time of free-space optically switched communication networks with distributed feedback laser array technique
Zhou et al. Control algorithm development for mobile FSO node alignment
AU2021103419A4 (en) Multiple input and multiple output wireless optical communication system for rail train
CN107682079B (en) Method for controlling optical adjustment in automatic tracking FSO (frequency selective offset) equipment
Mabrouk et al. FSO G2T communications in tropical climate: An overview
Gupta et al. Channel performance evaluation of wireless communication networks
CN211720556U (en) Free space light multi-beam diversity transmitting device for high-speed railway
Roshdy et al. Free Space Optical Communications: Challenges, Mitigation techniques, Classification Framework, and Standardization.
Manea et al. Considerations on interference between FSO systems
Hasegawa et al. Free-space optical communication system with wide-steering beam for terrestrial access networks
JP2024159359A (en) Strong magnetic field optical communication transceiver unit