FSO (технология)

У этого термина существуют и другие значения, см. FSO.

FSO — Free Space Optics (WO — Wireless Optics, АОЛС — Атмосферная Оптическая Линия Связи) - вид оптической связи, использующий электромагнитные волны оптического диапазона (свет), передаваемые через атмосферу. В английском языке термин также включает в себя передачу через вакуум.

Восьмилучевой лазерный приемопередатчик для атмосферной оптической связи. Скорость передачи - до 1 Gbit/с на расстоянии около 2 км. Диск в центре - приемник, малые диски - передатчики, сверху - окно оптического монокуляра для выставления двух блоков по общему лучу зрения.

История

В 1880 году Белл запатентовал фототелефон, в котором солнечный луч, отражённый от зеркальца, модулировался голосом, передавался через атмосферное пространство и поступал на твёрдотельный детектор. Так родилась предтеча современных атмосферных оптических линий связи (АОЛС). Коэффициент готовности такой линии в среднем за год не мог быть более 50%, так как после захода солнца связь обрывалась. Мощным толчком к развитию АОЛС послужило изобретение газового лазера в 1960 году, работающего на смеси гелия и неона. Первая экспериментальная АОЛС в Москве длиной 4,5 км была построена силами ЦНИИС МС СССР в 1965 году между АТС МГУ и АТС на Зубовской площади. В течение 6 лет было построено ещё пять АОЛС в Красногорске (17,5 км), Москве (4,5 км), Ереване (28км), Куйбышеве (5 км), Клайпеде (1,6 км). Результаты опытной эксплуатации АОЛС в течение 3-х лет показали, что коэффициент готовности (КГ) АОЛС составлял от 0,72-0,73 (28 км) до 0,96-0,97 (1,6 км). Основной причиной отказов были сильные туманы и, частично, сильные снегопады. Полученные в начале 70-х гг. результаты по величине КГ АОЛС не могли удовлетворить связистов. Необходимо было осмыслить полученные результаты, найти как пути увеличения КГ АОЛС, так и их место на сети связи страны, где АОЛС оказались бы эффективными. Однако, сложившаяся к этому времени ситуация не позволила этого сделать. В начале 90-х годов, с появлением Интернета, цифрового телевидения и, как следствие, потребности в широкополосных каналах, ограниченных по протяженности, ученые опять подумали об АОЛС всерьез. На сегодняшний день прогресс в разработках позволил перейти технологии FSO из сферы узкоспециализированных приложений в сектор телекоммуникационных решений для организации действительно широкополосных (до 10 Гбит/c) защищенных подключений точка-точка в таких местах, в которых прокладка оптико-волоконных сетей или организация радио-каналов не целесообразны с экономической точки зрения или в принципе не возможны.

Принцип работы (технология) FSO (АОЛС)

В основе беспроводных оптических систем лежат технологии организации высокоскоростных каналов связи посредством инфракрасного излучения, делают возможной передачу данных (текстовые, звуковые, графические данные) между объектами через атмосферное пространство, предоставляя оптическое соединение без использования стекловолокна. Лазерная связь двух объектов осуществляется только посредством соединения типа «точка–точка». Технология основывается на передаче данных модулированным излучением в инфракрасной части спектра через атмосферу. Передатчиком служит мощный полупроводниковый лазерный диод. Информация поступает в приемопередающий модуль, в котором кодируется различными помехоустойчивыми кодами, модулируются оптическим лазерным излучателем и фокусируется оптической системой передатчика в узкий коллимированный лазерный луч и передается в атмосферу. На принимающей стороне оптическая система фокусирует оптический сигнал на высокочувствительный фотодиод(или лавинный фотодиод), который преобразует оптический пучок в электрический сигнал. При этом, чем выше частота (до 1,5ГГц), тем больше объём передаваемой информации. Далее, сигнал демодулируется и преобразуется в сигналы выходного интерфейса. Длина волны в большинстве реализованных систем варьируется в пределах 700–950 нм или 1550 нм, в зависимости от применяемого лазерного диода. Ключевой принцип АОЛС основан на компромиссе: чем большую продолжительность простоев вследствие неблагоприятных погодных условий (туманов) допускает заказчик, тем протяженнее будет канал связи.

Преимущества FSO (АОЛС)

В первую очередь одна из причин скачка в развитии технологии FSO и её внедрению на массовый рынок это то, что оборудование FSO работает в диапазоне ~400 ТГц, а значит, не требует лицензирования и процедуры выделении частот (согласно Женевской конвенции, лицензированию подлежат частоты до 400 ГГц, а частоты FSO на 3 три порядка выше). Для использования подобных систем достаточно гигиенического сертификата, а в случае использования в сетях общего пользования - ещё и сертификата в системе «Электросвязь». Кроме того, беспроводные оптические системы не создают взаимных помех и не чувствительны к электромагнитному шуму (вследствие малой расходимости светового луча). Они не оказывают влияния на работоспособность радиооборудования, и потому для их установки не требуется никаких согласований. Множество каналов беспроводной связи можно устанавливать в непосредственной близости друг от друга(до 1-5 метров). За счет этого в густонаселенных районах можно достигать большой плотности покрытия без проблем с помехами от одновременной работы нескольких систем.

Недостатки FSO (АОЛС)

Ранее специалисты выделяли две основные проблемы - малое время наработки на отказ (показатель MTBF) излучающего элемента (лазерного диода или светодиода) и сильная зависимость расстояния передачи сигнала от погодных условий. С первой проблемой производителям лазерных диодов на сегодняшний день удалось справиться - многие из них, мощностью до 100 мВт уже способны обеспечить MTBF, равное 150 тыс. часов (практически 15 лет работы). В FSO-системах также нашли применение схемы APC (Adaptive Power Control), которые управляют мощностью излучения в зависимости от атмосферных условий (например, в ясную погоду мощность излучения минимальная). Такие схемы позволяют продлить срок жизни лазерных устройств и повысить их надежность. Вторая проблема снижения доступности канала связи при уменьшении метеорологической дальности видимости (МДВ) до 100-200 м остается актуальной. Основной «виновник» перебоев в связи АОЛС это туман. При МДВ менее 100 метров затухание в тумане достигает 170 дБ/км для 780 нм (ближний инфракрасный спектр) и 320 дБ/км для 555 нм (зелёный спектр). Самая современная АОЛС имеет энергетический запас около 60дБ. В дождливую погоду FSO-системы работают лучше, чем радиорелейные линии связи (РЛС), использующие радиодиапазон 18-64 ГГц. «Сильный ливень (уровень осадков 75 мм/час) не мешает лазерной системе передавать данные на расстояния до 1.5 км и со скоростью до 1Гбит/с, в то время как в каналах связи на основе РЛС скорость передачи может упасть до нескольких мегабит в секунду. Но РЛС оказываются на высоте при густых туманах, способных иногда полностью прерывать работу беспроводных оптических систем.

Применение

Беспроводная оптика рассматривается в качестве решения:

• когда прокладка кабеля невозможна (промзоны, горная местность, железная дорога) или стоимость этой прокладки превышает 200 тыс. руб.;
• когда необходимо срочно организовать канал связи (процесс согласований для прокладки кабеля 3-6 мес., а для организации радио- канала необходимо получать разрешение в Связьнадзоре);
• когда требуется закрытый канал связи, не восприимчивый к радиопомехам и не создающий их (аэропорты, близость военных РЛС, линий электропередач).

В космической технике

В настоящее время осуществлена успешная передача оптического (лазерного) сигнала на расстояние нескольких сотен тысяч километров. В частности, рекордным достижением в этом смысле является прием лазерного сигнала с автоматической станции MESSENGER. Сигнал бортового лазерного излучателя (инфракрасный диодный неодимовый лазер) был успешно принят земным приемником на расстоянии 24 млн. км.

Состояние зарубежного рынка FSO (АОЛС)

За рубежом наиболее известны следующие производители FSO-систем: Canon (Япония), LightPointe Communications Inc. (США), MRV Communications Inc. (США), fSona Communications Corp. (Канада), PAV Data Systems Ltd.(Великобритания), Optel Optical Communication GmbH (Германия), GeoDesy (Венгрия). География применения FSO ограничивается не только такими технологически продвинутыми регионами и странами, как западная Европа, США, Канада, Япония, но и включает развивающиеся страны, например, такие, как Египет, Малайзия, Кувейт, Танзания и прочие. Стоимость гигабитных (1 Гбит/с Ethernet, Gigabit Ethernet) FSO систем зарубежного производства находится в диапазоне 20-40 тыс. долларов. В 2008 году MRV Communications Inc. выпустило на рынок TS10GE со скоростью передачи 10Гбит/с (ориентировочная цена 50-60 тыс. $)

Состояние российского рынка FSO(АОЛС)

На отечественном рынке присутствуют компании: «Оптические ТелеСистемы», г. Санк-Петербург (системы с адаптивно изменяемой скоростью «ЛАНтастИКа»); «Мостком», г. Рязань (системы «Artolink»); «Лазерные Информационные Телекоммуникации», г. Екатеринбург, (системы «ОСС»).

Стоимость гигабитных (1 Гбит/с Ethernet, Gigabit Ethernet) FSO систем российского производства находится в диапазоне 5-20 тыс. долларов.

Синергия беспроводных оптических и радио технологий

Как отмечалось выше, сочетание возможностей инфракрасных систем при работе в условиях сильного дождя и миллиметровых радиосистем в условиях сильных туманов, на сегодняшний день позволяет создавать гигабитные беспроводные соединения точка-точка на дистанциях до 3 километров с операторской доступностью 99,999%. При этом 97-99% времени в году транспорт данных идет через FSO систему, устойчивую к радиопомехам и не создающую их, а в оставшиеся 3-1% транспорт обеспечен миллиметровой радиосистемой. Помимо высокой доступности, такое сочетание ещё и позволяет строить систему с дублированием каналов.

Ссылки

Форум посвященный системам FSO:

• http://www.infrared.ru

Сайты производителей систем FSO:

• http://www.optica.ru
• http://www.laseritc.ru
• http://www.moctkom.ru
• http://www.lightpointe.com
• http://www.fsona.com
• http://www.plaintree.com
• http://www.pavdata.com
• http://www.optel.de
• http://www.cbl.de
• http://www.geodesy.hu
• http://www.aoptix.com
• http://www.canon.com/bctv/canobeam/index.html

Другие ссылки:

• Лазерный Gigabit Ethernet c радиорезервированием
• Использование атмосферной оптической линии связи FSO в сетях передачи данных
• 4,5 километра FSO-соединения с операторской надёжностью. Практические результаты
• Расчёт системы связи на Марсе с использование FSO

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставив сноски, внести более точные указания на источники. Добавить иллюстрации.