Как сигналите пътуват в безплатна - космическа оптична комуникационна система?

В сферата на съвременната комуникация системите за свободна - космическа оптична комуникация (FSOC) се очертават като революционна технология, предлагаща високоскоростна, сигурна и висока честотна лента. Като доставчик на сигнал, дълбоко включен в тази област, аз съм развълнуван да се задълбоча в завладяващия процес на това как сигналите пътуват в свободна система за оптична комуникация.

Основите на свободната - Космическа оптична комуникация

Безплатна - Космическата оптична комуникация е безжична комуникационна технология, която използва светлина за предаване на данни чрез атмосферата или вакуума. Подобно на оптичната комуникация, FSOC също разчита на светлината като носител на информация. Въпреки това, вместо да се ограничава в рамките на оптично влакно, светлината се разпространява през открито пространство.

Основните компоненти на системата за оптична комуникация в свободна пространство обикновено включват предавател, носител на свободно пространство за разпространение и приемник. Предавателят е отговорен за кодирането на данните върху оптичен сигнал, свободната космическа среда позволява оптичния сигнал да пътува от източника до местоназначението, а приемникът декодира оптичния сигнал обратно в оригиналните данни.

Генериране на сигнала при предавателя

В основата на предавателя в FSOC система е източник на светлина, обикновено лазерен диод. Лазерните диоди са предпочитани заради високата си съгласуваност, монохроматичност и способност да бъдат модулирани при високи скорости. Когато трябва да се предават данни, за модулиране на лазера се използва електрически сигнал, представляващ данните. Налични са няколко техники за модулация, като например on -Off keying (OOK), фазово -изместване на клавиши (PSK) и модулация на амплитудата на квадратурата (QAM).

Например, в рамките на клавиша, най -простата форма на модулация, лазерът е включен и изключен, за да представлява съответно двоични 1s и 0s. Сигналът за електрически данни контролира тока, доставен към лазерния диод. Когато електрическият сигнал е висок, токът преминава през лазерния диод, причинявайки той да излъчва светлина (представляващ двоичен 1). Когато електрическият сигнал е нисък, лазерът е изключен (представляващ двоичен 0).

За да гарантира точността и качеството на сигнала, предавателят включва и компоненти за кондициониране и усилване на сигнала. Тези компоненти могат да помогнат за регулиране на мощността, формата и други характеристики на електрическия сигнал, преди да се използва за модулиране на лазера.

Разпространение през свободното пространство

След като оптичният сигнал се генерира при предавателя, той започва пътуването си през свободното пространство. Разпространението на оптичния сигнал в свободното пространство се влияе от няколко фактора, включително атмосферни условия, разстояние и разминаване на лъча.

Атмосферните условия играят решаваща роля в FSOC. Атмосферата съдържа различни частици като прах, водна пара и аерозоли. Тези частици могат да разпръснат и абсорбират оптичния сигнал, което води до затихване на сигнала. Например, при мъгливи или мъгляви условия, водните капчици във въздуха могат да разпръснат светлината, намалявайки силата на сигнала, получен на местоназначението. Освен това, атмосферната турбулентност може да доведе до колебания на лъча по интензивност и посока, явление, известно като сцинтилация.

Разстоянието между предавателя и приемника също влияе върху сигнала. Докато оптичният сигнал пътува по -нататък, той се разпространява поради разминаване на лъча. Разминаването на лъча е присъщо свойство на лазерните лъчи и причинява намаляване на плътността на сигнала на сигнала с разстояние. Връзката между плътността на мощността и разстоянието следва обратния квадратен закон, което означава, че плътността на мощността на сигнала е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието от източника.

Приемане и откриване на сигнали

Когато оптичният сигнал достигне до приемника, първата стъпка е да се събере светлината. Обикновено това се прави с помощта на обектив или огледална система. След това събраната светлина се фокусира върху фотодетектор, който преобразува оптичния сигнал обратно в електрически сигнал.

Фототекторите са проектирани да генерират електрически ток или напрежение, пропорционално на интензивността на падащата светлина. Общите видове фотодетектори, използвани в FSOC системи, включват фотодиоди и лавиново фотодиоди (APD). Фотодиодите са прости и имат бързо време за реакция, докато APD имат вътрешна печалба, което може да подобри чувствителността на приемника.

След като фотодетестърът преобразува оптичния сигнал в електрически сигнал, трябва да се обработи електрическият сигнал. Това включва усилване, филтриране и демодулация. Амплификацията се използва за увеличаване на силата на електрическия сигнал, филтрирането се използва за отстраняване на шумове и нежелани честоти, а демодулацията се използва за извличане на оригиналните данни от модулирания електрически сигнал.

Анализ на сигнала и осигуряване на качеството

За да се гарантира надеждната работа на свободна система за оптична комуникация, е от съществено значение да се анализира качеството на сигналите на различни етапи. Тук влизат в игра анализатори на сигнали. Като доставчик на сигнал ние предлагаме редица анализатори на сигнали с високо качество, които могат да се използват в FSOC системи. НапримерN9030A Agilent PXA сигнал анализатор, 3 Hz до 50 GHzПредоставя точен и подробен анализ на оптичните и електрически сигнали. Той може да измерва параметри като сила на сигнала, честотен спектър и качество на модулация.

Друг отличен вариант еFSW8 Rohde & Schwarz Signal and Spectrum Analyzer, 2 Hz - 8 GHz. Този анализатор предлага анализ на спектъра с висока разделителна способност, който е от решаващо значение за откриване и анализ на всякакви смущения или изкривяване в сигнала. Освен това,35670A Agilent FFT динамичен анализатор на сигнала, DC - 102.4 kHzМоже да се използва за времев домейн и честотен анализ на домейни на електрическите сигнали в системата.

Тези анализатори на сигнали помагат за идентифициране на всякакви проблеми със сигнала, като шум, изкривяване или неправилна модулация. Чрез непрекъснато наблюдение и анализиране на сигналите, операторите могат да предприемат коригиращи действия за подобряване на производителността и надеждността на FSOC системата.

Предизвикателства и решения при пътуването на сигнали

Въпреки многото предимства на свободната - космическа оптична комуникация, има няколко предизвикателства, свързани с пътуването на сигнала. Както бе споменато по -рано, атмосферните условия могат да причинят значително разграждане на сигнала. За да се смекчат ефектите на атмосферната турбулентност, могат да се използват техники като адаптивна оптика. Адаптивните оптични системи използват деформируеми огледала, за да коригират изкривяването на вълна, причинено от турбулентност, подобрявайки качеството на получения сигнал.

Друго предизвикателство е подравняването между предавателя и приемника. Тъй като оптичният лъч има тесен ъгъл на дивергенция, дори малкото несъответствие може да доведе до значителна загуба на сила на сигнала. За да се отговори на този проблем, могат да се използват системи за проследяване и насочване. Тези системи непрекъснато наблюдават позицията на предавателя и приемника и регулират подравняването в реално време.

Контакт за поръчки

Ако се интересувате от подобряване на вашата безплатна система за оптична комуникация или се нуждаете от продукти, свързани с високо качество, ние сме тук, за да ви помогнем. Като водещ доставчик на сигнали имаме широка гама от продукти и решения, за да отговорим на вашите специфични изисквания. Независимо дали се нуждаете от лазерни диоди за генериране на сигнал, фотодетектори за приемане на сигнали или анализатори на сигнали за осигуряване на качеството, можем да ви предоставим най -добрите продукти в клас. Свържете се с нас за закупуване и нека обсъдим как можем да работим заедно, за да оптимизираме вашата комуникационна система.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kaushal, Arpit и Pramod K. Varshney. "Безплатна - Космическа оптична комуникация: цялостно проучване." IEEE Комуникационни проучвания и уроци 16.4 (2014): 2231 - 2258.
2. Ghassemlooy, Zabih и др. „Безплатна - Космическа оптична комуникация: възможности и предизвикателства.“ IEEE Photonics Journal 5.4 (2013): 1 - 23.
3. Popoola, Wasiu O. и Syed Aa Zaidi. „Напредък в свободната - Космическа оптична комуникация: Преглед.“ IEEE Access 6 (2018): 4720 - 4742.