Ладик А І, Лебедєв А В Національний технічний університет України «КПІ» просп Перемоги, 37, м Київ, 03056, Україна тел: +380 44 454-98-91, e-mail: commanderua @ gmailcom

Анотація – Розроблено методи покращення надійності і перешкодозахищеності атмосферної оптичної системи передачі Проведено розрахунки ефективності застосування рознесеного прийому для боротьби з турбулентністю атмосфери і позиційно-імпульной та поляризаційної модуляції для боротьби з перешкодами Наведено принципи побудови приймача і передавача

I                                       Введення

Атмосферні оптичні системи передачі починають застосовуватися як рішення останньої милі при складнощах з прокладкою ВОЛЗ, а також для встановлення тимчасових високошвидкісних ліній звязку Такі системи, на малих відстанях (до 500м), забезпечують гігабітні швидкості при ймовірності помилки 10 ^ ^ і надійності 99,9% – 99,999% Вони прості в розгортанні, не вимагають ліцензії на радіодіапазон, а також забезпечують високу конфіденційність звязку [1]

Однак такі системи схильні до впливу різних атмосферних факторів які погіршують ефективність системи і обмежують сферу її застосування Основними чинниками впливають на що поширюється сигнал є: ослаблення сигналу за рахунок поглинання і розсіяння в середовищі, неоднорідності показника заломлення середовища поширення, перешкоди [2]

В даний час широкого поширення набули системи з амплітудною модуляцією [3] У даний роботі вивчається ефективність застосування рознесеного прийому, позиційно-імпульной та поляризаційної модуляції

II                              Основна частина

Із сукупності факторів, що впливають на що поширюється в атмосфері сигнал:

• ослаблення сигналу з відстанню при поширенні

• молекулярне поглинання в середовищі

• поглинання в аерозолях

• релеевское розсіювання

• мью розсіювання на аерозолях, особливо тумані

• фонові атмосферні шуми

• неоднорідності показника заломлення середовища розповсюдження

• втрати оптичного узгодження деякі роблять істотний вплив тільки при значній зміні погодних умов (сніг, сильний дощ, густий туман) які виникають відносно рідко, в той час як деякі з них впливають постійно

У роботах в області атмосферної спектроскопії були визначені діапазони довжин хвиль оптичного випромінювання, в яких молекулярне поглинання в середовищі мінімально, а також розраховані значення поглинання і розсіяння на аерозолях [4,5,6,7]

За результатами робіт були обрані довжини хвиль лазерного випромінювання для атмосферних оптичних систем звязку: 0,85, 1,55 і 10 мкм

Для боротьби з перешкодами використовують оптичні фільтри, а для оптичного узгодження системи наведення [2]

Широко поширена АМн в оптичних системах звязку дуже проста в реалізації, але це не найефективніша модуляція для досягнення високої завадостійкості

Серед безлічі М-позиційних модуляцій по-позитний-імпульсна модуляція (НИМ) володіє перевагою можливості використання некогерентного прийому, приймачу не обовязково мати знання про фазі несучої, в той час як когерентне фазовий детектування вимагає точної синхронізації і в оптичному діапазоні дуже дороге

Недоліком НИМ є висока чутливість до многолучевой інтерференції, але в оптичній системі звязку працює на лінії прямої видимості цей ефект не має такого впливу як в радіо системах

У роботі показується, що в каналі звязку з відомими параметрами, де перешкода має адитивних характер і має гаусову щільність ймовірності і відому спектральну щільність, ПІМ на

3 дБ краще ніж АМн

Одним з найбільш сильних чинників впливають на передачу при нормальних погодних умовах є неоднорідність показника заломлення середовища розповсюдження або атмосферна турбулентність Вона викликає випадкові зміни амплітуди і фази оптичного променя, що веде до збільшення помилок в каналі звязку Із зростанням швидкості передачі вплив атмосферної турбулентності посилюється

У роботі досліджується ефективність застосування рознесеною передачі і прийому для боротьби з атмосферними завмираннями На рис1 зображена система з N передавачів і М приймачів забезпечує рознесену передачу і прийом

Рис 1 Модель каналу множинної передачі і прийому

Fig 1 Multiple-input, multiple-output (ΜΙΜΟ) channel model

Була побудована модель каналу з випадковими змінами амплітуди і фази наближено описує реальні умови, досліджено характеристики каналів для систем з N передавачів і М приймачів Побудовано графіки для значень М = N = 1, 2, 4 при слабких, середніх і сильних завмираннях в каналі для АМн і ПІМ

Розрахунки показують, що застосування рознесеного прийому ΜΝ = 4 дає виграш в 4 дБ, ΜΝ = 16 в 14 дБ

Пропонується використання також використання поляризаційної модуляції (ПМ) При цьому передавачі випромінюють ПІМ оптичний промінь додатково модульований по поляризації інформаційним сигналом Прийом здійснюється за допомогою декількох передавачів з поляризаційними фільтрами перед ними У підсумку на один передавач потрапляє модульований сигнал із зовнішнього перешкодою, а на решту потрапляє зовнішня перешкода і мала частина корисного сигналу Маючи знання про характер перешкоди і перетворивши вхідний сигнал у відповідності з цими знаннями можна збільшити перешкодостійкість системи Окрім збільшення завадостійкості дане рішення дозволяє збільшити швидкість передачі лини звязку

III                                  Висновок

Показано, що застосування позиційно-імпуль-сної модуляції замість амплітудної маніпуляції дозволяє підвищити завадостійкість атмосферної системи звязку на 3 дБ

Для боротьби з атмосферними завмираннями, викликаними атмосферної турбулентністю, може бути успішно використана рознесена передача і прийом Для 2 передавачів і 2 приймачів і турбулентності середньої сили досягається виграш в 7 дБ, при використанні 4 передавачів і

4 приймачів ефект досягає 14 дБ

Застосуванні поляризаційної модуляції, крім збільшення швидкості дає інформацію про характер зовнішньої перешкоди і дозволяє відняти її з прийнятого сигналу

Всі перераховані способи дозволяють підвищити завадостійкість і швидкість атмосферної системи звязку

IV                           Список літератури

[1]  KillingerD Free Space Optics Optics &amp Photonics News, 2002, 10, p 36

[2]  KorevaarE J, ed, Optical Wireless Communications III, SPIE Vol 4214, 2000

[3]  Mecherle G S, ed, Free-Space Laser Communication Technologies XII, SPIE Vol 3932, 2000

[4]  Rothman L S, et al, «The HITRAN Molecular Database: Editions of 1991 and 1992», J Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Vol 48, p 734,1992

[5]  HITRAN, MODTRAN, LOWTRAN, FasCode, HITRAN-PC, and PCTRAN computer programs ONTAR Corp, 9 Village Way, North Andover, MA01845-2000 website:wwwontar com

[6]  KillingerD Κ, Churnslde J H, and Rothman L S, «Atmospheric Optics», Chapter 44: OSA Handbook of Optics,

M Bass, Ed 1995

[7]  Goody R M and Young Y L, Atmospheric Radiation, Oxford University Press, 1989

INCREASING EFFICIENCY OF WIRELESS OPTICAL COMMUNICATIONS

Ladik A I, Lebedev A V

National Technical University of Ukraine «ΚΡΙ»

37, Prospect Peremohy, Kyiv, 03056, Ukraine Ph: +380 44 454-98-91, e-mail: commander ua@gmail com

Abstract – Three methods for increasing efficiency of wireless optical communications by improving reliability are examined Advantage of using Pulse Position Modulation (PPM) and MIMO technologies are explained The system design principles are described

I                                         Introduction

Point-to-point optical communication through the atmosphere (I e, wireless optical communication) has the potential to provide gigabit per second data rates with BER = 10^^and reliability from 999 % to 99999 %

Optical communication through the atmosphere, however, poses many inherent challenges Bad weather (e g, fog, snow, rain, etc) and atmospheric molecular constituents (e g, carbon dioxide and oxygen molecules) cause absorption and scattering that degrades optical communication systems performance

Three methods of improving reliability are examined

II                                        Main Part

Applied in one of these methods is M-array modulation technique that can be implemented non-coherently It is suitable for optical communications systems, where coherent phase modulation and detection are difficult and extremely expensive Conditional error probability for OOK and PPM systems with direct detection are examined

Refractive index turbulence causes random power fluctuations in optical communication systems, thus hampering communication through the atmosphere We have examined laser communication systems using multiple transmit and receive apertures These apertures provide redundant replicas of the transmitted message to the receiver, each corrupted separately by the atmosphere

Polarisation modulation can be implemented in order to increase performance using several receivers with different polarisation filters Each receiver recognizes only one polarisation value Other receivers are catching atmospheric noise, thus providing the system with the data about it This data can be used in order to increase reliability

III                                       Conclusion

It is shown that conditional error probability for PPM is 3 dB better than conditional error probability for OOK modulated communication system with direct detection receivers operating in thermal noise dominated regime

Transmitter and receiver diversity saves approximately 7 dB and 14 dB in power, for 2 and 4 transmitting and receiving apertures

Polarisation modulation has a potential to increase reliability and provide with atmospheric noise data

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р