RU2757997C1 - Цифровая система атмосферной оптической связи - Google Patents
Цифровая система атмосферной оптической связи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757997C1 RU2757997C1 RU2020123187A RU2020123187A RU2757997C1 RU 2757997 C1 RU2757997 C1 RU 2757997C1 RU 2020123187 A RU2020123187 A RU 2020123187A RU 2020123187 A RU2020123187 A RU 2020123187A RU 2757997 C1 RU2757997 C1 RU 2757997C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- optical transmitter
- optical communication
- digital
- ultraviolet
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 97
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 25
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике оптической связи и передачи информации и может быть использовано для организации связи между различными подвижными и стационарными наземными, надводными, воздушными и подводными объектами. Технический результат состоит в повышении помехозащищенности цифровой системы атмосферной оптической связи и обеспечении скрытности ее работы. Для этого в цифровую систему оптической связи, содержащую последовательно соединенные модулятор и оптический передатчик, последовательно соединенные оптоэлектронный приемник, аналого-цифровой преобразователь и цифровой демодулятор, при этом выход оптического передатчика соединен с оптическим каналом связи, введены блок контроллеров оптического передатчика, соединенный с управляющими входами оптического передатчика, и блок перестраиваемых оптических фильтров, установленный между входом оптоэлектронного приемника и выходом оптического канала связи, при этом оптоэлектронный приемник выполнен в виде последовательно оптически сопряженных приемной оптической системы и набора приемников ультрафиолетового и инфракрасного рабочих спектральных диапазонов оптического излучения, выходы которых являются входами аналого-цифрового преобразователя, который выполнен многоканальным, оптический передатчик выполнен в виде набора перестраиваемых по частоте ультрафиолетового и инфракрасного лазеров, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами контроллера оптического передатчика, информационным сигналом модулируют одновременно излучение оптического передатчика на нескольких несущих частотах, которое одновременно принимают несколькими ультрафиолетовыми и инфракрасными приемниками, при этом несущие частоты излучения оптического передатчика согласованы по электромагнитному спектру с фраунгоферовыми линиями поглощения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к технике оптической связи и передачи информации и может быть использовано для организации связи между различными подвижными и стационарными наземными, надводными, воздушными и подводными объектами, а также в аппаратуре атмосферной и космической связи.
Известны системы оптической связи, обеспечивающие обмен информацией между наземными, воздушными, надводными и подводными объектами, состоящие из передающего канала, включающего в себя источник излучения в виде светодиода или лазера и оптическую систему, формирующую оптический пучок или оптический импульс заданной формы, и из приемного канала, включающего в себя объектив и фотоприемник в виде линейки или матрицы чувствительных элементов [1. Патент RU 2703797 от 05.02.2019; 2. Патент RU 2697389 от 22.03.2018; 3. Патент RU 2451397 от 14.10.2009; 4. Патент RU 2608757 от 15.10.2012; RU 2653528 от 19.09.2016. 5. Заявка RU 2020101994 от 17.01.2020].
Наиболее близким к заявляемой системе оптической связи является цифровая система оптической связи [Волков С.А., Овсянкин С.В. Особенности демодуляции современных оптических сигналов // Техника радиосвязи. - 2016. - №1. - С. 64-71], содержащая модулятор и оптический передатчик, соединенные последовательно, оптоэлектронный приемник, аналого-цифровой преобразователь и цифровой демодулятор, соединенные последовательно, при этом выход оптического передатчика и вход оптоэлектронного приемника соединены оптическим каналом связи.
Недостатками аналогов и прототипа являются следующие:
- передача и прием информационных сигналов осуществляются на одной несущей частоте, что не обеспечивает требуемое отношение сигнал/шум в принимаемом сообщении;
- невозможность передачи и приема информационных сигналов на нескольких несущих одновременно;
- существующие оптоэлектронные приемники не могут одновременно работать и в ультрафиолетовом, и в инфракрасном диапазонах длин волн оптического излучения;
- низкая помехозащищенность при работе в дневных условиях, характеризуемых высоким уровнем фотонного шума, обусловленного солнечным излучением;
- демаскировка факта оптической связи в видимом диапазоне оптического излучения.
Задача изобретения - повышение помехозащищенности и пропускной способности системы оптической связи и обеспечение скрытности ее работы.
Технический результат достигается за счет того, что в цифровую систему оптической связи, содержащую последовательно соединенные модулятор и оптический передатчик, последовательно соединенные оптоэлектронный приемник, аналого-цифровой преобразователь и цифровой демодулятор, при этом выход оптического передатчика соединен с оптическим каналом связи, введены блок контроллеров оптического передатчика, соединенный с управляющими входами оптического передатчика, и блок перестраиваемых оптических фильтров, установленный между входом оптоэлектронного приемника и выходом оптического канала связи, при этом оптоэлектронный приемник выполнен в виде оптически последовательно оптически сопряженных приемной оптической системы и набора приемников ультрафиолетового и инфракрасного рабочих спектральных диапазонов оптического излучения, выходы которых являются входами аналого-цифрового преобразователя, который выполнен многоканальным, оптический передатчик выполнен в виде набора перестраиваемых по частоте ультрафиолетового и инфракрасного лазеров, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами контроллера оптического передатчика, информационным сигналом модулируют одновременно излучение оптического передатчика на нескольких несущих частотах, которое одновременно принимают несколькими ультрафиолетовыми и инфракрасными приемниками, при этом несущие частоты излучения оптического передатчика согласованы по электромагнитному спектру с фраунгоферовыми линиями поглощения в ультрафиолетовом и в инфракрасном диапазонах оптического излучения, а оптоэлектронный приемник обеспечивает прием информационных сигналов на несущих частотах ультрафиолетового и инфракрасного излучения в нескольких спектральных диапазонах, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения.
Блок перестраиваемых оптических фильтров выполнен в виде набора узкополосных интерференционных светофильтров, согласованных по спектру с несущими частотами принимаемых информационных сигналов.
Оптоэлектронный приемник обеспечивает прием информационных сигналов на несущих частотах ультрафиолетового и инфракрасного излучения в нескольких спектральных диапазонах, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения. При этом передача и прием информационных сигналов осуществляются через атмосферный и/или через космический оптический канал связи.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:
- фиг. 1 - функциональная схема цифровой системы атмосферной оптической связи;
- фиг. 2 - блок оптического передатчика.
Функциональная схема включает в себя следующие функциональные элементы (см. фиг. 1, 2): 1 - входной информационный сигнал; 2 - модулятор оптического излучения; 3 - оптический передатчик; 31 - перестраиваемый по частоте ультрафиолетовый (УФ)-лазер; 32 - перестраиваемый по частоте инфракрасный (ИК)-лазер; 4 - блок контроллеров оптического передатчика; 41 - контроллер УФ-лазера; 42 - контроллер ИК-лазера u=[uУФ, uИК] - вектор управляющих сигналов контроллера оптического передатчика; uУФ - управляющий сигнал ультрафиолетового лазера; uИК - управляющий сигнал инфракрасного лазера; 5 - атмосферный оптический канал связи; 6 - цифровой оптический приемник; 7 - блок перестраиваемых оптических фильтров; 8 - приемная оптическая система; 9 - блок приемников УФ- 91 и ИК- 92 излучения; 10 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 11 - цифровой демодулятор; 12 - выходной цифровой сигнал, - при этом блок контроллеров оптического передатчика соединен с управляющими входами оптического передатчика 3, блок перестраиваемых оптических фильтров установлен на входе оптоэлектронного приемника, оптоэлектронный приемник выполнен в виде последовательно оптически сопряженных приемной оптической системы и блока приемников ультрафиолетового и инфракрасного рабочих спектральных диапазонов оптического излучения, выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, который выполнен многоканальным, оптический передатчик выполнен в виде набора перестраиваемых по частоте ультрафиолетового и инфракрасного лазеров, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами контроллера УФ-лазера и контроллера ИК-лазера.
В заявляемой цифровой системе атмосферной оптической связи предусмотрена передача информационного сигнала на нескольких несущих частотах оптического диапазона, которые совпадают со спектральными диапазонами, соответствующими спектральным диапазонам фраунгоферовых линий поглощения. Это позволяет, с одной стороны, избавиться от влияния фонового (фотонного) шума от солнечного излучения на фраунгоферовых линиях, то есть существенно улучшить помехозащищенность системы связи, а, с другой стороны, еще больше увеличить отношение сигнал/шум, так как при приеме одного и того же информационного сигнала на n несущих частотах сигналы суммируются линейно, а аддитивные шумы в смеси с полезным сигналом - среднеквадратично, в результате чего отношение сигнал/шум на выходе оптоэлектронного приемника возрастает в корень квадратный из n. Рассмотрим систему уравнений, представляющих собой выходные сигналы u1, u2, …, un приемников УФ- и ИК-излучения, выраженные суммой полезных сигналов S1, S2, …, Sn и шумов N1, N2, …, Nn:
Найдем отношение сигнал/шум S/N:
Из последнего выражения следует, что отношение сигнал/шум в принятом информационном сигнале возрастает в n0,5 раз. Так, например, при использовании 9 несущих частот для передачи информационного сигнала отношение сигнал/шум в принятом сообщении возрастет в 3 раза.
Заявляемая цифровая система атмосферной оптической связи работает следующим образом. Лазерное излучение оптического передатчика 3, промодулированное информационным сигналом 1 в модуляторе 2, на нескольких длинах волны, соответствующих линиям поглощения Фраунгофера и заданных, в зависимости от состояния атмосферного канала связи, контроллерами 41 или 42, пройдя среду распространения в виде слоя атмосферы 5, поступает в блок перестраиваемых оптических фильтров 7, где производится фильтрация фотонного шума от фонового солнечного излучения. Далее информационный сигнал на нескольких несущий частотах поступает в приемную оптическую систему в и далее - в оптоэлектронный приемник 9, преобразующий лазерное излучение в электрический сигнал. Многоканальный АЦП 10 преобразует информационный сигнал в цифровую форму и демодулируется в цифровом демодуляторе 11, выходной сигнал 12 которого подвергается дальнейшей обработке (например, автоматическому распознаванию). При высокой прозрачности атмосферы возможно использование как УФ-, так и ИК-диапазона. В случае замутненной атмосферы использование ИК-диапазона более предпочтительно.
Благодаря применению передачи информационного сигнала с помощью нескольких несущих оптического излучения на длинах волн, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения, для передачи информации достигают максимально возможного значения отношения сигнал/фотонный шум, увеличенного в корень квадратный из числа используемых несущих частот. Увеличение пропускной способности достигается за счет перехода в терагерцевый частотный диапазон, характерный для оптического излучения.
Технический результат заключается в повышении помехозащищенности, в увеличении пропускной способности и отношения сигнал/шум в принимаемом сообщении и в обеспечении скрытности работы системы оптической связи при визуальном наблюдении.
Claims (4)
1. Цифровая система атмосферной оптической связи, содержащая последовательно соединенные модулятор и оптический передатчик, последовательно соединенные оптоэлектронный приемник, аналого-цифровой преобразователь и цифровой демодулятор, при этом выход оптического передатчика соединен с оптическим каналом связи, введены блок контроллеров оптического передатчика, соединенный с управляющими входами оптического передатчика, и блок перестраиваемых оптических фильтров, установленный между входом оптоэлектронного приемника и выходом оптического канала связи, при этом оптоэлектронный приемник выполнен в виде последовательно оптически сопряженных приемной оптической системы и набора приемников ультрафиолетового и инфракрасного рабочих спектральных диапазонов оптического излучения, выходы которых являются входами аналого-цифрового преобразователя, который выполнен многоканальным, оптический передатчик выполнен в виде набора перестраиваемых по частоте ультрафиолетового и инфракрасного лазеров, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами контроллера оптического передатчика, информационным сигналом модулируют одновременно излучение оптического передатчика на нескольких несущих частотах, которое одновременно принимают несколькими ультрафиолетовыми и инфракрасными приемниками, при этом несущие частоты излучения оптического передатчика согласованы по электромагнитному спектру с фраунгоферовыми линиями поглощения в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах оптического излучения, а оптоэлектронный приемник обеспечивает прием информационных сигналов на несущих частотах ультрафиолетового и инфракрасного излучения в нескольких спектральных диапазонах, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения.
2. Цифровая система атмосферной оптической связи по п. 1, отличающаяся тем, что блок перестраиваемых оптических фильтров выполнен в виде набора узкополосных интерференционных светофильтров, согласованных по спектру с несущими частотами принимаемых информационных сигналов.
3. Цифровая система атмосферной оптической связи по п. 1, отличающаяся тем, что оптический канал связи является атмосферным оптическим каналом связи.
4. Цифровая система атмосферной оптической связи по п. 1, отличающаяся тем, что оптический канал связи является космическим оптическим каналом связи.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020123187A RU2757997C1 (ru) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Цифровая система атмосферной оптической связи |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020123187A RU2757997C1 (ru) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Цифровая система атмосферной оптической связи |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2757997C1 true RU2757997C1 (ru) | 2021-10-25 |
Family
ID=78289690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020123187A RU2757997C1 (ru) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Цифровая система атмосферной оптической связи |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2757997C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008038181A2 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Solid-state light source with color feedback and combined communication means |
| RU2380834C1 (ru) * | 2008-06-23 | 2010-01-27 | Юрий Федорович Кутаев | Способ лазерной космической связи и комплекс для его осуществления |
| WO2010100576A1 (en) * | 2009-03-03 | 2010-09-10 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Method for a personal mobile divace communication of service orders |
| WO2016022849A1 (en) * | 2014-08-06 | 2016-02-11 | Interdigital Patent Holdings, Inc. | Device-to-device (d2d) pre-emption and access control |
| WO2017042093A1 (en) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | Philips Lighting Holding B.V. | Embedding data into light |
| RU2668359C1 (ru) * | 2016-07-25 | 2018-09-28 | Сергей Николаевич Григорьев-Фридман | Переговорное устройство на базе твёрдотельного лазера с накачкой лазерным диодом |
| WO2018204491A1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-11-08 | Idac Holdings, Inc. | Method and apparatus for improving hybrid automatic repeat request (harq) feedback performance of enhanced mobile broadband (embb) when impacted by low latency traffic |
-
2020
- 2020-07-07 RU RU2020123187A patent/RU2757997C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008038181A2 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Solid-state light source with color feedback and combined communication means |
| RU2380834C1 (ru) * | 2008-06-23 | 2010-01-27 | Юрий Федорович Кутаев | Способ лазерной космической связи и комплекс для его осуществления |
| WO2010100576A1 (en) * | 2009-03-03 | 2010-09-10 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Method for a personal mobile divace communication of service orders |
| WO2016022849A1 (en) * | 2014-08-06 | 2016-02-11 | Interdigital Patent Holdings, Inc. | Device-to-device (d2d) pre-emption and access control |
| WO2017042093A1 (en) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | Philips Lighting Holding B.V. | Embedding data into light |
| RU2668359C1 (ru) * | 2016-07-25 | 2018-09-28 | Сергей Николаевич Григорьев-Фридман | Переговорное устройство на базе твёрдотельного лазера с накачкой лазерным диодом |
| WO2018204491A1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-11-08 | Idac Holdings, Inc. | Method and apparatus for improving hybrid automatic repeat request (harq) feedback performance of enhanced mobile broadband (embb) when impacted by low latency traffic |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| O'Brien et al. | Transmitter and receiver technologies for optical wireless | |
| US4731881A (en) | Narrow spectral bandwidth, UV solar blind detector | |
| Sui et al. | The evaluation of modulation techniques for underwater wireless optical communications | |
| CN112924985A (zh) | 一种用于火星大气探测的混合型激光雷达 | |
| US6043920A (en) | Method and apparatus for laser communication through a lossy medium | |
| Góis et al. | Development and validation of blue ray, an optical modem for the MEDUSA class AUVs | |
| CN113708843A (zh) | 一种高动态范围的水下无线光通信接收装置 | |
| Tabassum et al. | Performance analysis of free space optics link for different cloud conditions | |
| RU2757997C1 (ru) | Цифровая система атмосферной оптической связи | |
| Mamatha et al. | Underwater wireless optical communication-A review | |
| CN114866142A (zh) | 采用双极性编码的密集波分复用自由空间光通信系统和方法 | |
| Leccese et al. | State-of-the art and perspectives of underwater optical wireless communications | |
| Sharma et al. | Performance evaluation of WDM-FSO based hybrid optical amplifier using bessel filter | |
| CN110289913B (zh) | 强烈抑制模分配噪声的调频-非相干检测光纤通信系统及工作方法 | |
| Khair et al. | Performance Analysis of Indoor Light Fidelity Technology Propagation Using Fixed and Movable LED Panels. | |
| Hulea et al. | Mitigation method for the solar irradiation effect in visible light communications | |
| Murugan et al. | BER and eye pattern analysis of 5G optical communication system with filters | |
| Vasilyev et al. | Application of communication systems via the ultraviolet channel in FANET networks | |
| CN102801472A (zh) | 基于扩频通信和滑动均值滤波的紫外光通信方法 | |
| RU2744941C1 (ru) | Система оптической связи | |
| Basha et al. | Design and implementation of a tuned Analog Front-end for extending VLC transmission range | |
| Thandapani et al. | Performance Analysis of Different Optical Filters for 5G Wireless Optical Communication Systems | |
| Gupta | Performance analysis of FSO link under effect of fog with array of receivers and amplifiers | |
| Kavak et al. | Performance analysis of optical wireless communication system designed by using different filters | |
| Sharma et al. | Simulation and analysis of filters using different photodiode and wavelength in free space optics |