نظام USPL-FSO lasercom الاتصالات اللاسلكية البصرية من نقطة إلى نقطة ومن نقطة إلى عدة نقاط 

يمكن تحقيق التحسينات في أداء انتشار الحزمة الضوئية من خلال استخدام مصادر الليزر النبضي القصير للغاية (USPL) لمنصات إرسال الليزر، والتي يمكن استخدامها في جميع أنحاء نسيج البنية التحتية لشبكة الاتصالات، كما يمكن استخدام واحدة أو أكثر من الميزات لاتصالات الليزر الضوئية الفضائية الخالية من (USPL-FSO) في تحسين الانتشار البصري عبر الغلاف الجوي، وعن طريق التخفيف من تأثيرات التوهين الضوئي والتلألؤ، وبالتالي تعزيز توافر النظام الفعال أيضًا لاعتبارات موازنة الارتباط.

أساسيات نظام USPL-FSO lasercom الاتصال اللاسلكي البصري من نقطة إلى نقطة

إنّ الاتصالات اللاسلكية الضوئية (FSO) في الفضاء الحر تقوم على تحسين كفاءة النقل البصري التي يمكن تحقيقها لانتشار الطول الموجي، باستخدام مصادر الليزر ذات النبضات القصيرة جداً (USPL) لانتشار الحزمة من خلال البصري ضعف الظروف الجوية بسبب الظروف، والتي يمكن أن تشمل على سبيل المثال لا الحصر الضباب وتجول في شعاع الغلاف الجوي وتأثيرات التلألؤ.

كما أدى النمو الهائل في الطلب على خدمات الاتصالات من كل من القطاعين الخاص والتجاري إلى فرض ضغوط غير مسبوقة على شبكات الاتصالات المتاحة حالياً، وبدون تقنيات وطبولوجيا توصيل الشبكة البديلة من المرجح أن تنخفض سرعة الشبكة الفعالة الإجمالية بينما ستزداد حالات الاختناقات داخل الشبكات بشكل متكرر.

يمكن لشبكات الاتصالات البصرية ثنائية الاتجاه والفضاء الحر (FSO) حيثما أمكن توفير بديل مفيد لوصلات الميكروويف أو الأسلاك أو تطبيقات أنظمة الكابلات، ويمكن أن تكون هذه الشبكات شفافة بالنسبة لمعماريات الشبكات الحالية والمستقبلية بسبب مشاركة المنصات التكنولوجية المشتركة، مع أنظمة نقل الألياف البصرية ويمكن لأنظمة اتصالات (FSO) عموماً أن تشترك في مكونات الألياف الضوئية المشتركة.

غالباً ما يمكن استخدام المكونات البصرية التجارية لكلا التطبيقين، بحيث يتمثل الاختلاف الأساسي في أنظمة ارتباط البيانات الضوئية في الفضاء الحر، في أنّ وسيط الانتشار هو الغلاف الجوي وليس الألياف الضوئية، وباستخدام أحدث مكونات الألياف الضوئية الحالية يمكن دمج روابط البيانات الضوئية للمساحة الخالية بشكل كامل في الشبكات الضوئية عالية السرعة الحالية قصيرة المدى وطويلة المدى.

يمكن أن تحقق روابط بيانات الفضاء الحر بشكل كامل معماريات أنظمة الشبكات الضوئية المتزامنة (SONET) الحالية، وعلى سبيل المثال معماريات (SONET OC-48) التي تستخدم منصات تقنية (1550 نانومتر) الحالية، بالإضافة إلى ذلك يمكن تحجيم هذه الأنظمة لمعدلات وتكوينات بيانات أعلى ويمكن أن تستفيد أنظمة ارتباط البيانات الضوئية من التشغيل في قطاع غير منظم من الطيف الكهرومغناطيسي.

على عكس الموجات الدقيقة وطيف الطاقة المتجددة يمكن أن تتطلب روابط البيانات الضوئية عموماً عدم إصدار رسوم تأجير خاصة أو تعريفات، وبالإضافة إلى ذلك نظراً لطول موجة تشغيل النظام يمكن تقليل المشكلات المتعلقة بسلامة العين بشكل عام، وعلاوة على ذلك لا يلزم عادةً اتخاذ احتياطات أو تصاريح خاصة لتشغيل رابط بيانات الفضاء الحر المتعلق بحق الطرق الإقليمي.

• “FSO” هي اختصار لـ “free-space-optical-communication”.

• “SONET” هي اختصار لـ “Synchronous-Optical-Network”.

مبدأ نظام USPL-FSO lasercom الاتصال اللاسلكي البصري من نقطة إلى نقطة

في الآونة الأخيرة استفادت تقنية الاتصالات (FSO) من التطورات التجارية التي تم إجراؤها داخل نطاق الإرسال البصري (1550 نانومتر)، وتم دمج تقنية مضخم ألياف الإربيوم (EFDA) في تكوين تصميم النظام لتعزيز الميزانية الضوئية الفعالة الإجمالية لميزانيات النقل، وبالتالي توسيع مدى وصول أنظمة النقل عبر الهواء.

والمضخمات الضوئية عالية القدرة مفيدة للإرسال الأرضي في الفضاء الحر وكذلك أنظمة الألياف البصرية بحيث تم تمديد مسافات المكرر في أنظمة الألياف الأرضية والغواصة، كما تم إدخال معماريات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM)، ومع ظهور المضخمات الضوئية عالية الطاقة (Er / Yb) تم تحقيق تقدمين مماثلين كما يوجد في نقل الألياف الضوئية في أنظمة الاتصالات اللاسلكية الضوئية وأنظمة اتصالات الليزر في الفضاء الحر.

تم إظهار نتائج إرسال تجريبية لوصلة بيانات ضوئية خالية من الفضاء أحادي القناة (1550 نانومتر) تعمل بسرعة (2.5 جيجابت في الثانية) على مدى نقل (2.4 كم)، كما تم إظهار نتائج تعدد إرسال بتقسيم الطول الموجي (1550 نانومتر) لـ (WDM) بأربع قنوات يعمل ارتباط البيانات الضوئية بمعدل (10 جيجابت في الثانية) على مسافة نقل تبلغ (4.4 كم).

يشتمل جهاز الاتصال البصري في الفضاء الحر على مصدر ليزر نبضي قصير للغاية (USPL) يولد شعاعاً من نبضات الضوء وتبلغ مدة كل نبضة ضوئية (1 نانوثانية) أو أقصر، كما يشتمل جهاز الاتصال البصري أيضاً على عنصر تعديل يطبق إشارة تعديل على الحزمة التي يولدها مصدر (USPL) لتوليد إشارة ضوئية معدلة، كما تنقل إشارة التشكيل البيانات لإرسالها إلى جهاز اتصال بصري ثان.

يشتمل جهاز الاتصال البصري أيضاً على جهاز إرسال واستقبال بصري يستقبل الإشارة الضوئية المعدلة وينقل الإشارة الضوئية المعدلة لاستلامها بواسطة جهاز الاتصال البصري الثاني، حيث يتم تكوين جهاز الإرسال والاستقبال البصري لاكتشاف العناصر الجوية التي تمكن من تحليل إشارة مبعثرة من الهواء وبصمة جسيمية محمولة لعناصر الغلاف الجوي المكتشفة؛ لتمكين تعديل الحزمة المتولدة من مصدر (USPL) لتعزيز اختراق الغلاف الجوي.

كما تشتمل طريقة الاتصال البصري في الفضاء الحر على توليد شعاع من نبضات ضوئية بمصدر ليزر نبضي قصير للغاية (USPL) وكل 3 من هذه النبضات الضوئية لها مدة (1 نانوثانية) أو أقصر، وتتضمن الطريقة كذلك تطبيق إشارة تشكيل بواسطة عنصر تعديل على الحزمة لتوليد إشارة ضوئية مشكلة، وتنقل إشارة التشكيل البيانات لإرسالها إلى جهاز اتصال بصري ثان.

تتضمن الطريقة أيضاً استقبال الإشارة الضوئية المعدلة في جهاز إرسال واستقبال بصري وإرسال الإشارة الضوئية المعدلة، باستخدام جهاز الإرسال والاستقبال البصري لاستلامها بواسطة جهاز الاتصال البصري الثاني، وتتضمن الطريقة كذلك الكشف عن طريق عناصر الغلاف الجوي لجهاز الإرسال والاستقبال البصري ممّا يتيح تحليل إشارة مبعثرة للخلف لتوقيع جسيم محمول في الهواء لعناصر الغلاف الجوي المكتشفة لتمكين تعديل الحزمة التي تعزز اختراق الغلاف الجوي.

تطور عمل نظام USPL-FSO lasercom الاتصال اللاسلكي البصري من نقطة إلى نقطة

يشتمل جهاز الاتصال البصري في الفضاء الحر على مصدر ليزر أول يولد شعاعاً أول يشتمل على نبضات ضوئية ومصدر ليزر ثانٍ يولد شعاعاً ثانياً يشتمل على نبضات ضوئية، ويطبق عنصر التشكيل الأول إشارة تعديل أولى على الحزمة الأولى لتوليد أول إشارة ضوئية مشكلة، وتحمل إشارة التعديل الأولى البيانات الأولى لإرسالها إلى جهاز اتصال بصري بعيد.

يطبق عنصر تعديل ثانٍ إشارة تعديل ثانية على الحزمة الثانية لتوليد إشارة ضوئية مشكلة ثانية وتحمل إشارة التعديل الثانية البيانات الثانية لإرسالها إلى جهاز الاتصال البصري البعيد، كما يقوم مكون الاستقطاب الأول بضبط حالة الاستقطاب الأولى لأول إشارة ضوئية مشكلة، ويقوم مكون معدد إرسال يعتمد على الاستقطاب بتعدد إرسال أول إشارة ضوئية مشكلة لها حالة الاستقطاب الأولى المعدلة مع الإشارة المشكلة الثانية.

يستقبل جهاز الإرسال والاستقبال البصري الإشارة الضوئية متعددة الإرسال أولاً إشارة بصرية معدلة مع حالة الاستقطاب الأولى المعدلة، والتي تحتوي على الإشارة المعدلة الثانية وتنقل الإشارة الضوئية المعدلة الأولى متعددة الإرسال التي تحتوي على حالة الاستقطاب الأولى، والمعدلة مع الإشارة المعدلة الثانية للاستلام بواسطة جهاز الاتصال البصري البعيد.

كما يتم تكوين جهاز الإرسال والاستقبال البصري لاكتشاف عناصر الغلاف الجوي، ممّا يتيح تحليل إشارة مبعثرة للخلف لتوقيع جسيم محمول بالهواء لعناصر الغلاف الجوي، المكتشفة لتمكين ضبط الشعاع الأول والثاني الناتج عن مصدر الليزر الأول والثاني لتعزيز اختراق الغلاف الجوي، كما يمكن تضمين واحد أو أكثر من الميزات الإضافية التالية في أي مجموعة ممكنة. فيما يتعلق بجهاز الاتصال البصري، ويمكن أن يشتمل عنصر التعديل على عنصر تعديل مباشر واحد على الأقل وعنصر تعديل غير مباشر وعنصر تعديل خارجي.