Способ передачи информации

Способ передачи информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам передачи информации по атмосферным оптическим линиям связи и может быть использовано при разработке и проектировании комплексов цифровой связи с использованием систем беспроводного обмена информацией.

Известен способ передачи информации через открытое пространство с использованием оптической системы связи (патент США №5966229, НКИ 359/187, 1999 г.). Способ заключается в том, что луч от излучателя передающего устройства расщепляют на два световых пучка, один из которых направляют на приемное устройство абонента, а второй, пропустив через небольшой участок открытого пространства, направляют на приемник передающего устройства. Сигнал с этого приемника служит эталонным, свидетельствующим о состоянии атмосферы между передатчиком и приемным устройством абонента. Например, если сигнал по величине постоянен или находится в заданных пределах, то это свидетельствует о хорошей прозрачности атмосферы и об устойчивой связи. Если сигнал уменьшается, то это свидетельствует об ухудшении прозрачности атмосферы и, соответственно, качестве связи. В этом случае блок анализа сигнала с приемника, установив такое снижение, выдает команду на повышение выходной мощности излучателя для восстановления требуемого качества связи. Недостатком данного способа является то, что в случае возникновения значительных потерь на трассе светового пучка или его блокировки непрозрачными неоднородностями (снег, град, птицы и т.п.) связь прерывается, и увеличение мощности излучателя в разумных пределах не сможет устранить это явление.

Известен способ передачи информации, направленный на устранение указанного выше недостатка (патент США №6243182, НКИ 359/171, 2001 г.) В данном способе от излучателя передающего устройства направляют в сторону абонента расходящийся пучок, который попадает на две приемные апертуры приемного устройства абонента, при этом апертуры разнесены на некоторое расстояние друг от друга. Соответственно улавливаемые ими световые потоки с помощью собирающей оптики направляются на два фотодетектора, а от них сигналы поступают на общий канал обработки. Недостатком известного способа являются то, что возможны нарушения связи, когда непрозрачные или сильно рассеивающие свет объекты располагаются на начальных участках трассы, т.е. вблизи излучателя, т.к. на этих участках пучок еще относительно узок и возможно полное перекрытие его поперечного сечения.

Известен также способ передачи информации (патент РФ №2195077; Н04В 10/10; 2001 г.), который включает формирование нескольких оптических пучков, модулирование их одним и тем же сигналом и направление на одно приемное устройство, при этом пучки формируют с осями, непараллельными между собой. Кроме того, по крайней мере, два пучка направляют на одну приемную апертуру приемного устройства, а оптическое излучение, по крайней мере, от двух приемных апертур направляют на общий фотодетектор. При этом, по крайней мере, один из пучков формируют из условия Д>d, где Д - наименьший диаметр пучка по трассе его распространения, a d - наибольший размер объектов, вносящих оптические неоднородности на этой трассе.

Или, по крайней мере, один из пучков формируют, исходя из условия D₁>λL/D₂, где D₁ - диаметр светового пучка на выходе передающего устройства; λ - длина волны излучения в пучке; L - расстояние между передающим и приемным устройствами; D₂ - диаметр приемной апертуры, в которую направлен пучок.

Или, по крайней мере, два пучка формируют расщеплением предварительно промодулированного оптического излучения от одного источника.

Рассматриваемый способ передачи информации, описанный в патенте РФ №2195077, направлен на обеспечение надежности связи и снижение энергопотерь на ее осуществление. Существенным недостатком метода является то, что в ходе эксплуатации нарушаются, за счет деформации конструкций излучателя и изменения условий распространения, установленные при изготовлении оптимальные значения углов непараллельности отдельных узких пучков, что приводит к провалам в формируемой системой пучков диаграмме направленности излучения и к снижению эффективности метода.

Известна оптическая система связи (патент РФ №2121229 Н04В 10/00, 1995 г.), наиболее близкая по технической сущности к патентуемому изобретению и выбранная в качестве прототипа. Известная система обеспечивает беспроводной обмен информацией и содержит передающую и приемную части, выполненные в виде оптического передатчика и оптического приемника. К недостаткам системы относится отсутствие специальных мер повышения предельной скорости передачи информации, которая ограничивается временной инерционностью оптического излучателя, и исключение сбоев связи под действием ряда характерных для практики факторов. К таким факторам относятся:

- аномальные затухания оптического сигнала при его распространении в среде с гребенчатым спектром поглощения, для которого типичными значениями спектральной ширины полосы поглощения для тонкой структуры спектра поглощения δ являются величины порядка нескольких десятых нанометра;

- флюктуации принимаемого сигнала при многолучевом распространении;

- флуктуации принимаемого сигнала, вызванные блужданием положения и изменением углов прихода светового луча на апертуру оптического приемника при прохождении через тепловые потоки прогретой солнцем турбулентной атмосферы;

- резкие ослабления или пропадания сигнала при пересечениях линий связи непрозрачными объектами, например птицами;

- помехи со стороны иных оптических линий связи, сигналы которых могут попадать в угол зрения оптического приемника;

- помехи, возникающие в дуплексных линиях связи при попадании в оптический приемник сигналов, излученных оптическим излучателем собственного приемопередатчика, в результате их отражений от местных предметов или в результате обратного рассеяния в среде распространения.

Настоящее изобретение решает задачу повышения устойчивости связи и увеличения скорости передачи информации в реальных условиях распространения оптического сигнала по линиям связи, каждая из которых может состоять из группы каналов связи и в которой сигнал от каждого оптического передатчика поступает на все или на часть оптических приемников этой группы каналов.

Решение поставленной технической задачи достигается следующим образом.

В способе передачи информации, включающем формирование линии связи, содержащей оптический передатчик и оптический приемник, причем оптический передатчик и оптический приемник расположены на противоположных концах образованной ими линии оптической связи согласно настоящему изобретению:

- для переноса информации в оптическом передатчике формируют с помощью светодиода широкополосный некогерентный неполяризованный оптический сигнал со спектром излучения λJ±ΔλJ/2, полоса оптического спектра которого ΔλJ удовлетворяет условию ΔλJ>>δ, где δ - ширина полосы поглощения тонкой структуры спектра поглощения в атмосфере, а в оптическом приемнике для выделения на приемной стороне оптического спектра полезного сигнала перед фотодиодом устанавливают оптический фильтр с полосой пропускания λJ±ΔλJ_п/2, удовлетворяющей условию ΔλJ_п≥ΔλJ;

- для переноса информации из излученного светодиодом оптического спектра сигнала λJ±ΔλJ/2 используют участок спектра λJ_i±ΔλJ_i/2, для чего после светодиода устанавливают светофильтр с полосой пропускания λJ_i±ΔλJ_i/2, удовлетворяющей условиям ΔλJ_i<ΔλJ, ΔλJ_i>>δ, а для выделения на приемной стороне оптического спектра полезного сигнала перед фотодиодом устанавливают оптический фильтр с полосой пропускания λJ_i±ΔλJ_пi/2, удовлетворяющей условию ΔλJ_пi≥ΔλJ_i;

- на основе широкополосных некогерентных неполяризованных оптических сигналов формируют многоканальные линии связи с одной рабочей длиной волны во всех каналах, для чего используют многоканальные оптические излучатели и многоканальные оптические приемники с пространственным разнесением каналов, при этом излучение от каждого канального излучателя принимается всеми канальными приемниками, а величина d, на которую пространственно разносят соседние канальные оптические излучатели и соседние канальные фотоприемники, определяется из условия d>L, где L - наибольший допустимый размер объектов, вносящих оптические неоднородности на оптической трассе, при котором объект не может перегородить любые два канала в многоканальных линиях связи одновременно;

- на основе широкополосных некогерентных неполяризованных оптических сигналов формируют многоканальные линии связи с пространственно разнесенными каналами и с отличающимися друг от друга рабочими длинами волн в каналах, передавая по каждому каналу часть общего потока информации, поступающего на линию, при этом в канальных оптических приемниках осуществляют спектральную селекцию с помощью оптических фильтров, так что сигнал от каждого канального излучателя поступает на все, но принимается только одним канальным приемником, после чего потоки информации суммируются;

- на основе широкополосных некогерентных неполяризованных оптических сигналов для передачи N потоков информации F1, ..., FN формируют систему из N линий связи с общей трассой распространения сигнала, по одной линии связи на каждый поток, и с отличающимися друг от друга рабочими длинами волн в линиях связи, при этом в линейных оптических приемниках осуществляют спектральную селекцию с помощью оптических фильтров, так что сигнал от излучателя каждой линии связи поступает на все, но принимается только приемником данной линии связи;

- линии связи дуплексных систем на основе широкополосных некогерентных неполяризованных оптических сигналов формируют из одноканальных или многоканальных линий связи в каждом направлении путем разнесения на расстояние d приемников и передатчиков оптоэлектронных приемопередатчиков на каждом пункте связи, исходя из условия d>L, где L - наибольший допустимый размер объектов, вносящих оптические неоднородности на оптической трассе, при котором объект не может перегородить обе линии дуплексной системы связи одновременно;

- при формировании дуплексной линии связи на основе широкополосных некогерентных неполяризованных оптических сигналов линии связи в разных направлениях выполняют на разных рабочих длинах волн, при этом в оптических приемниках осуществляют спектральную селекцию полезных сигналов с помощью оптических фильтров;

- на основе широкополосных некогерентных неполяризованных оптических сигналов для передачи N потоков информации (F11, ..., F1N в одном направлении и F21, ..., F2N в другом направлении) формируют систему из N дуплексных линий связи с общей трассой распространения сигнала, по одной линии связи на каждый поток, и с отличающимися друг от друга рабочими длинами волн в дуплексных линиях связи, при этом в линейных оптических приемниках осуществляют спектральную селекцию с помощью оптических фильтров, так что в каждом направлении сигнал от излучателя любой линии связи поступает на все приемники, но принимается только приемником данной линии связи.

Технический результат разработанного способа передачи информации во всех вариантах его реализации заключается в существенном повышении устойчивости связи или одновременного повышения устойчивости связи и скорости передачи информации по атмосферным линиям связи в реальных условиях распространения оптического сигнала. Патентуемый способ обеспечивает устойчивость и высокую скорость передачи информации при его реализации в различной аппаратной конфигурации, т.е. разработанный способ одинаково эффективен как для одно- и многоканальных дуплексных, и для симплексных оптических линий связи.

Сущность патентуемого способа передачи информации поясняется описанием примеров его реализации и чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - блок-схема одноканальной линии связи на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектром излучения, формируемым светодиодом;

фиг.2 - блок-схема одноканальной линии связи на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектром излучения, формируемым из излучения светодиода с помощью оптического фильтра;

фиг.3 - блок-схема многоканальной линии связи на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектром излучения, формируемым светодиодами, с использованием пространственного разнесения каналов;

фиг.4 - блок-схема многоканальной линии связи на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектром излучения, формируемым из излучения светодиодов с помощью оптических фильтров, с использованием пространственного разнесения каналов;

фиг.5 - блок-схема многоканальной линии связи на основе использования широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектрами излучения, формируемыми светодиодами, со спектральным уплотнением и пространственным разнесением каналов;

фиг.6 - блок-схема многоканальной линии связи на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектрами излучения, формируемыми из излучения светодиодов с помощью оптических фильтров, со спектральным уплотнением и пространственным разнесением каналов;

Фиг.7 - блок-схема системы линий связи со спектральным разделением на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектрами излучения, формируемыми светодиодами;

Фиг.8 - блок-схема системы линий связи со спектральным разделением на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов со спектрами излучения, формируемыми из излучения светодиодов с помощью оптических фильтров;

фиг.9 - блок-схема дуплексной линии связи с использованием широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов и пространственного разнесения направлений;

фиг.10 - блок-схема системы дуплексных линий связи со спектральным разделением на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов.

Приложение 1 - тонкая структура спектра поглощения атмосфере в оптическом диапазоне.

Приложение 2 - схема многолучевого распространения оптических лучей.

На фиг.1 ÷ 10 введены следующие обозначения:

F - общий поток передаваемой информации; F1, F2, ..., FQ - потоки информации, передаваемые по отдельным каналам или отдельным симплексным линиям связи в составе системы линий связи; F11, ..., F1J, ...F1Q - потоки информации, передаваемые по отдельным дуплексным линиям связи в составе системы линий связи в первом направлении; F21, ..., F2J, ...F2Q - потоки информации, передаваемые по отдельным дуплексным линиям связи в составе системы линий связи во втором направлении; 1 - оптический передатчик; 1_n - оптический передатчик n-й линии связи в системе линий связи; 2 - модулятор; 3 - оптический излучатель; 3_n - оптический излучатель n-го канала или n-й линии связи в системе линий связи; 3.1.J - светодиод с оптическим спектром излучения λJ±ΔλJ; 3.2.J.I - оптический фильтр, вырезающий I-й участок с центральной длиной волны λJ_i и шириной ΔλJ_i из спектра излучения светодиода 3.1.J; M_J - число спектрально разнесенных оптических излучателей, реализованных на светодиоде с оптическим спектром излучения λJ±ΔλJ; 4 - оптический приемник; 5 - фотоприемник; 5_n - фотоприемник n-го канала или n-й линии связи в системе линий связи; 5.1.J - оптический фильтр фотоприемника с полосой пропускания λJ±ΔλJ_п; 5.1.J.I - оптический фильтр фотоприемника с полосой пропускания λJ_i±ΔλJ_пi; 5.2 - фотодиод; 6 - демодулятор; 7 - многоканальный модулятор; 8 - многоканальный сумматор-демодулятор; 9 - демультиплексор-модулятор; 10 - демодулятор-мультиплексор; 11-1 - первый оптический приемопередатчик дуплексной линии связи; 11_n-1 - первый оптический приемопередатчик n-й линии связи системы дуплексных линий связи; 11-2 - второй оптический приемопередатчик дуплексной линии связи; 11_n-2 - второй оптический приемопередатчик n-й линии связи системы дуплексных линий связи; 12-1 - первый модем; 12-2 - второй модем; 1_n-1 - первый оптический передатчик n-й дуплексной линии связи; 1_n-2 - второй оптический передатчик n-й дуплексной линии связи; 4_n-1 - первый оптический приемник n-ой дуплексной линии связи; 4_n-2 - второй оптический приемник n-й дуплексной линии связи.

Разработанный способ передачи информации имеет различные варианты его реализации. Выбор конкретной конечной реализации способа обусловлен функциональными задачами и областью его практического использования.

1. Способ передачи информации по одноканальной линии связи с использованием широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов реализуют либо по блок-схеме фиг.1, либо по блок-схеме фиг.2.

Передачу информации осуществляют следующим образом.

Для передачи потока информации F оптический сигнал в оптическом передатчике 1 в первом случае формируют непосредственно светодиодом 3.1.J с оптическим спектром излучения λJ±ΔλJ. Во втором случае в оптическом излучателе 3 после светодиода 3.1.J с оптическим спектром излучения λJ±ΔλJ устанавливают оптический фильтр 3.2.J.I, который вырезает из спектра излучения светодиода I-й участок с центральной длиной волны λJ_i и шириной ΔλJ_i. Излучаемый оптический сигнал с помощью модулятора 2 модулируют в соответствии с поступающим на оптический передатчик потоком информации F. В оптическом приемнике 4 оптическое излучение подают на фотодиод 5.2, спектральный диапазон чувствительности которого шире оптического спектрального диапазона, занимаемого оптическим излучателем. Для исключения воздействия на связь фоновых помех, которые могут возникнуть вне полосы оптического спектра полезного сигнала, в фотоприемнике 5 перед фотодиодом 5.2 устанавливают в первом случае оптический фильтр 5.1.J с полосой пропускания λJ±ΔλJ_п, удовлетворяющей условию ΔλJ_п≥ΔλJ, во втором случае - оптический фильтр 5.1.J.I с полосой пропускания λJ_i±ΔλJ_пi, удовлетворяющей условию ΔλJ_пi≥ΔλJ_i. С фотодиода 5.2 сигнал подают на демодулятор поз. 6, с которого поток информации F передают потребителю.

В обоих вариантах исполнения линии связи выполняются условия ΔλJ>>δ, ΔλJ_i>>δ, где δ - спектральная ширина полосы поглощения атмосферы.

Применение в линии связи широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов решает задачу исключения аномального затухания оптического сигнала при его распространении в среде с гребенчатым спектром поглощения и флюктуации принимаемого сигнала при многолучевом распространении.

Тонкая структура спектра поглощения реальной атмосферы имеет гребенчатый характер (см. Приложение 1) с типичными значениями спектральной ширины полосы поглощения δ порядка нескольких десятых нанометров. Спектральное положение и интенсивность полос поглощения зависит от состояния атмосферы, меняющегося под воздействием многих факторов, в том числе вследствие изменений ее химического состава в результате техногенных воздействий. Устойчивость оптической связи через среду с гребенчатым спектром поглощения зависит от взаимного положения и соотношения ширины оптического спектра передаваемого сигнала Δλ и δ. В линии связи с узкой полосой оптического спектра излучения (Δλ≈δ) при совпадении рабочей длины волны λ с полосой поглощения происходит аномальное ослабление сигнала, которое может привести к ухудшению связи. В рассматриваемом способе передачи информации выполняется условие Δλ>>δ, которое обеспечивает эффективное "просачивание" сигнала между полосами поглощения.

При распространении оптического сигнала, как и в случае радиосигналов, могут возникать условия для многолучевого распространения. Многолучевость, т.е. поступление на вход приемника нескольких лучей, пришедших разными путями, может возникнуть, например (см. Приложение 2):

- при распространении сигнала в условиях отражений, в том числе многократных, например, от крыш и деревьев;

- при распространении сигнала через неоднородную турбулентную атмосферу.

В лазерных системах векторы напряженности электромагнитного поля когерентных сигналов, пришедших по разным путям на оптический приемник, будут интерферировать на несущей длине волны, т.е. будут суммироваться или вычитаться в зависимости от фазы пришедших сигналов. На практике условия распространения различных лучей, а следовательно, и результат векторного сложения сигналов непрерывно меняются во времени, в результате возникают пульсации амплитуды результирующего сигнала на входе оптического приемника, что может вызывать ухудшение связи.

В линиях связи, использующих широкополосные оптические некогерентные неполяризованные сигналы, интерференция в принципе невозможна. Мощности некогерентных сигналов, пришедших по разным путям, всегда складываются.

Таким образом, рассматриваемый способ передачи информации обеспечивает устойчивость к возникновению многолучевости и повышает устойчивость связи при распространении сигналов через среды с линейчатым спектром поглощения.

Современные светодиоды позволяют выполнить условие ΔλJ>>δ. Например, светодиоды типа 3Л148 имеют полосу спектра излучения порядка 30 нанометров. Для выполнения условия ΔλJ_i>>δ оптический фильтр после светодиода должен иметь полосу пропускания порядка 5÷10 нм.

Спектральный диапазон чувствительности фотодиодов значительно шире спектра излучения светодиодов. Например, для фотодиода SFH 203 он равен 400÷1100 нм.

Схемотехнически, включая модулятор 2 и демодулятор 6, оптический передатчик и оптический приемник могут быть реализованы, например, по известной схеме, приведенной в патенте РФ №2178954.

Необходимо отметить, что, кроме указанных составных частей, оптическая система связи для реализации способа содержит и другие неупомянутые, но необходимые для функционирования элементы (блоки питания, усилители, преобразователи информационного сигнала и т.п.). Специалист, работающий в данной области техники, располагает соответствующими знаниями об их необходимости, в силу чего конкретная техническая реализация всей системы оптической связи не представляет труда для специалиста, поскольку вытекает из уровня техники на основе практических данных и включает в себя стандартные элементы и компоненты. Сущность патентуемого способа передачи информации не затрагивает этих вопросов, в силу чего подробное раскрытие этих элементов нецелесообразно.

Разработанный способ передачи информации в данной модификации может быть успешно использован при реализации различных вариантов многоканальных линий связи.

2. Вариантом патентуемого способа передачи информации являются многоканальные линии связи на основе использования во всех каналах широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов с одинаковым спектром излучения и пространственного разнесения каналов, которые реализуют либо по блок-схеме фиг.3, либо по блок-схеме фиг.4.

Передачу информации осуществляют следующим образом.

При аппаратной реализации данного способа в оптическом передатчике 1 в качестве оптического излучателя используют многоканальный оптический излучатель 3, состоящий из N (одного и более) пространственно разнесенных (для N>1) канальных оптических излучателей 3_n, при этом соседние канальные излучатели пространственно разносят на расстояние d. В оптическом приемнике 4 применяют многоканальный фотоприемник 5, состоящий из М (одного и более) пространственно разнесенных (для М>1) канальных фотоприемников 5_n, при этом соседние канальные фотоприемники разносят на расстояние d.

Число канальных оптических излучателей N может как совпадать с числом канальных фотоприемников М, так и быть больше или меньше него. При этом если оптический излучатель 3 состоит из одного канального излучателя 3₁, то фотоприемник 5 должен содержать не менее двух канальных фотоприемников 5_n, a если фотоприемник 5 состоит из одного канального фотоприемника 5₁, то оптический излучатель 3 должен содержать не менее двух канальных излучателей 3_n.

При работе линии связи излучение от каждого канального оптического излучателя принимается всеми канальными фотоприемниками. Величину d, на которую пространственно разносят соседние канальные оптические излучатели и соседние канальные фотоприемники, определяют из условия d>L, где L - наибольший допустимый размер объектов, вносящих оптические неоднородности на оптической трассе, при котором объект не может перегородить любые два канала в многоканальных линиях связи одновременно

Оптический сигнал в оптическом передатчике 1 для случая фиг.3 формируют во всех каналах непосредственно светодиодами 3.1.J с оптическим спектром излучения λJ+ΔλJ, для случая фиг.4 во всех каналах после светодиодов 3.1.J устанавливают оптические фильтры 3.2.J.I, которые вырезают из спектра излучения светодиода 3.1.J с центральной длиной волны λJ и шириной ΔλJ участок спектра с центральной длиной волны λJ_i и шириной ΔλJ_i. Для модуляции канальных излучателей используют многоканальный модулятор 7, который модулирует каждый канальный оптический излучатель одним и тем же сигналом в соответствии с поступающим на оптический передатчик 1 потоком информации F. В оптическом приемнике 4 оптический сигнал подают на фотодиоды 5.2. В случае фиг.3 перед фотодиодами 5.2 устанавливают оптические фильтры 5.1.J с полосой пропускания λJ±ΔλJ_п, удовлетворяющей условию ΔλJ_п≥ΔλJ. Для случая фиг.4 - оптические фильтры 5.1.J.I с полосой пропускания λJ_i±ΔλJ_пi, удовлетворяющей условию ΔλJ_пi≥ΔλJ_i. Для суммирования и демодуляции сигналов, поступающих с фотодиодов 5.2 всех канальных фотоприемников, применяют многоканальный сумматор-демодулятор 8, после чего поток информации F передают потребителю.

Пространственное разнесение каналов в многоканальной линии связи решает задачу обеспечения устойчивости связи при перегораживании линии связи объектами и неоднородностями с размерами, не большими d (не большими d(N-1), при расположении канальных излучателей и канальных приемников в линию) и повышения устойчивости связи при блуждании положения и изменениях углов прихода светового луча на апертуру оптического приемника при прохождении через тепловые потоки прогретой солнцем турбулентной атмосферы. Последнее связано с тем, что вероятность одновременного возникновения условий для максимального отклонения лучей по всем каналам при распространении через турбулентную атмосферу, а значит, и вероятность одновременного сбоя связи по всем каналам снижается по сравнению со случаем распространения по общему пути.

Таким образом, данный вариант реализации патентуемого способа передачи информации не только, как и в случае одноканальных линий связи, обеспечивает устойчивость связи при возникновении многолучевости и повышает устойчивость связи при распространении сигналов через среды с линейчатым спектром поглощения, но обеспечивает устойчивость при перегораживании линии связи объектами с размерами, не большими L, и повышает устойчивость связи при блуждании положения и изменениях углов прихода светового луча на апертуру оптического приемника при прохождении через тепловые потоки прогретой солнцем турбулентной атмосферы.

3. Другим перспективным направлением реализации патентуемого способа передачи информации является вариант, в котором для передачи информации по многоканальной линии связи на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов используют пространственное разделение каналов и спектральное широкополосное уплотнение. Данный способ реализуют либо по блок-схеме фиг.5, либо по блок-схеме фиг.6.

Передачу информации осуществляют следующим образом.

При аппаратной реализации данного способа в оптическом передатчике 1 в качестве оптического излучателя 3 используют многоканальный оптический излучатель, состоящий из N, для первого варианта, и K, для второго варианта, пространственно разнесенных канальных оптических излучателей 3_n, при этом соседние канальные излучатели разносят на величину d. В оптическом приемнике 4 применяют многоканальный оптический фотоприемник 5, состоящий из N, для первого варианта, и K, для второго варианта, пространственно разнесенных канальных фотоприемников 5_n, при этом соседние канальные фотоприемники разносят на величину d.

При реализации линии связи согласно фиг.5 на входе оптического передатчика 1 устанавливают демультиплексор-модулятор 9, с помощью которого поступающий на оптический передатчик 1 поток информации F распределяют на N потоков (два и более) таким образом, что F1+...+FN=F. Каждый из этих потоков используют для модуляции излучения одного из N канальных излучателей 3_n многоканального оптического излучателя 3, при этом в разных канальных излучателях формируют неперекрывающиеся оптические спектры излучения. В разных канальных излучателях спектры оптического излучения формируют непосредственно светодиодами с центральными рабочими длинами волн λ1, ..., λJ, ..., λN. При этом если в n-м канале при n=J излучается сигнал со спектром - λJ±ΔλJ/2, то в соседних каналах выполняются условия |λJ-λ(J+1)|>ΔλJ/2+Δλ(J+1)/2, |λJ-λ(J-1)|>ΔλJ/2+Δλ(J-1)/2.

При реализации линии связи согласно фиг.6 на входе оптического передатчика 1 устанавливают демультиплексор-модулятор 9, с помощью которого поступающий на оптический передатчик 1 поток информации F распределяют на K (два и более) таким образом, что F1+...+FK=F, и каждый из этих потоков используют для модуляции излучения одного из К канальных излучателей 3_n многоканального оптического излучателя 3. В канальных излучателях 3_n используют N (один и более) типов светодиодов 3.1.1, ..., 3.1.J, ..., 3.1.N с центральными длинами волн λ1, ...λJ, ..., λN и с неперекрывающимися оптическими спектрами излучения, удовлетворяющих условиям |λJ-λ(J+1)|>ΔλJ/2+Δλ(J+1)/2, |λJ-λ(J-1)|>ΔλJ/2+Δλ(J-1)/2. На основе светодиодов каждого типа, вырезая с помощью оптических фильтров разные участки спектра, реализуют по одному и более канальных излучателей 3_n с неперекрывающимися оптическими спектрами излучения. Например, устанавливая после светодиода 3.1.J со спектром излучения λJ±ΔλJ/2 оптические фильтры 3.2.J.I с полосами пропускания λJ₁±ΔλJ₁/2, ..., λJ_i±ΔλJ_i/2, ..., λJ_MJ±ΔλJ_MJ/2, реализуют M_J канальных излучателей 3_n. При этом выполняют условия, обеспечивающие необходимое разнесение спектров в излучателях соседних каналов на одном типе светодиодов |λJ_i-λJ_i+1|>ΔλJ_i/2+Δλ_i+1/2, |λJ_i-λJ_i-1)|>ΔλJ_i/2+ΔλJ_i-1/2. В результате общее число каналов оптического излучателя равно K=M₁+...+M_J+...+M_N.

В оптическом приемнике 4 селекцию канальных сигналов производят с помощью многоканального фотоприемника 5, в каждом канальном фотоприемнике 5_n которого выделяют сигнал от одного канального оптического излучателя, для чего перед фотодиодом 5.2, спектральный диапазон чувствительности которого шире оптического диапазона, занимаемого всеми канальными излучателями, устанавливают соответствующий оптический фильтр.

Например, в линии связи по фиг.5 в канале n=J устанавливают оптический фильтр 5.1.J с полосой пропускания λJ±ΔλJ_п/2, ширина которой удовлетворяет условию ΔλJ_п≤ΔλJ, а в линии связи по фиг.5 в n-м канале со спектром излучения λJ_i±ΔλJ_i/2 устанавливают оптический фильтр 5.1.J.I с полосой пропускания λJ_i±ΔλJ_пi/2, ширина которой удовлетворяет условию ΔλJ_пi≤ΔλJ_i.

В результате в обоих вариантах исполнения линий связи излучение от каждого канального оптического излучателя 3_n поступает на все канальные фотоприемники, но принимается только одним 5_n.

Сигналы отдельных канальных фотоприемников демодулируют и мультиплексируют с помощью демодулятора-мультиплексора 10, после чего поток информации F передают потребителю.

Способы реализации демультиплексоров-модуляторов 9 и демодулятора-мультиплексора 10 широко известны. В частности, они реализованы в аппаратуре беспроводных оптических линиях связи типа БОС-4Е1 разработки и производства ФГУП ОКБ МЭИ.

Реально, в окне прозрачности атмосферы в ближней ИК-области (λ≈0,8÷09 мкм) можно реализовать 3-4 типа светодиодов с разнесенными спектрами излучения с шириной спектра ˜30 нм. На базе каждого из этих типов светодиодов, используя оптические фильтры с разнесенными полосами пропускания шириной 5÷10 нм, можно создать 3÷5 оптических излучателей с разнесенными оптическими спектрами излучения.

В результате по схеме фиг.5 можно реализовать линию связи с 3÷4 спектрально разнесенными каналами, а по схеме фиг.6 - с 9÷15 спектрально разнесенными каналами.

Используя каждый канал для максимально возможной для него скорости передачи информации, в многоканальной линии по схеме фиг.5 можно увеличить предельную скорость передачи информации в 3÷4 раза, а по схеме фиг.6 - в 9÷15 раз.

Таким образом, данный вариант реализации патентуемого способа передачи информации не только, как и в случае многоканальной линии связи с одинаковым оптическим спектром излучения во всех каналах, обеспечивает устойчивость связи при возникновении многолучевости и при перегораживании линии связи объектами с размерами, не большими L, и повышает устойчивость связи при распространении сигналов через среды с линейчатым спектром поглощения и при блуждании положения и изменениях углов прихода светового луча на апертуру оптического приемника при прохождении через тепловые потоки прогретой солнцем турбулентной атмосферы, но дополнительно дает возможность существенно повысить скорость передачи информации в линии связи.

4. Другим перспективным направлением реализации патентуемого способа передачи информации является вариант формирования системы линий связи со спектральным разделением на основе широкополосных оптических некогерентных неполяризованных сигналов. Данный способ реализуют либо по блок-схеме фиг.7, либо по блок-схеме фиг.8.

Передачу информации осуществляют следующим образом.

В обоих вариантах исполнения все линии связи, входящие в систему, имеют общую трассу распространения сигнала, т.е. оптические сигналы, излученные передатчиками каждой линии связи, поступают на оптические приемники всех линий связи.

Согласно варианту по фиг.7 для передачи N потоков информации F1, ..., FN формируют систему из N линий связи (Линия 1, ..., Линия N) - по одной линии связи на каждый поток. В оптических передатчиках 1_n отдельных линий спектры оптического излучения формируют непосредственно светодиодами с центральными рабочими длинами волн λ1, ..., λJ, ..., λN. При этом если в n-й линии при n=J излучается сигнал со спектром λJ±ΔλJ/2, то в соседних линиях выполняются условия |λJ-λ(J+1)|>ΔλJ/2+Δλ(J+1)/2, |λJ-λ(J-1)|>ΔλJ/2+Δλ(J-1)/2.

Согласно варианту по фиг.8 для передачи K потоков информации F1, ..., FK формируют систему из К линий связи (Линия 1, ..., Линия К) - по одной линии связи на каждый поток. В оптических передатчиках 1_n отдельных линий связи используют N (один и более) т