Беспроводные оптические системы связи

September 27, 2011 by admin Комментировать »

Системы оптической связи через свободное пространство обеспечивают низкую и среднюю скорость передачи данных (Carruthes, 2002; Heatleyetal., 1998; Kahn, Barry, 2001). В основном такие системы используют для дистанционного управления бытовыми приборами — радиоаппаратурой и телевизорами. Другие применения: дистанционное управление открытием-закрытием дверей автомобилей, беспроводная связь между компьютером и периферийными устройствами — мышью, клавиатурой и принтером.

Поскольку при передаче сигналов через свободное пространство стены и полы создают преграды для прохождения лучей, света, эти системы связи работают только в пределах прямой видимости. Мебель также может препятствовать прохождению света. Однако световые лучи могут отражаться от потолков, обеспечивая связь между передатчиком и приемником, расположенными вне зоны прямой видимости.

Такие беспроводные системы связи, как правило, работают в ИК- диапазоне длин волн, поэтому в них часто применяют светодиоды GaAs, обладающие высокой эффективностью. В системах дистанционного управления предпочтительнее использовать ИК-источники света,

поскольку они, в отличие от источников видимого излучения, не вызывают раздражения и не отвлекают внимание людей.

С целью обеспечения защиты человеческих глаз от воздействия излучения для оптических передатчиков ввели параметр — максимальная мощность излучения. На длине волны 870 нм оптическая мощность обычно ограничена несколькими милливаттами. На других длинах волн, например 1500 нм, допускаются большие мощности излучений. Диапазон длин волн в районе 1500 нм считается безопасным для глаз, поскольку такое излучение поглощается роговицей глаза и не достигает его сетчатки.

При передаче сигналов на короткие расстояния воздух можно считать средой, не вносящей никаких дополнительных потерь. Но в случае источников неколлимированного света из-за расхождения лучей интенсивность оптических сигналов будет снижаться даже в воздухе. Для изотропных излучателей интенсивность падает пропорционально квадрату расстояния :

где Р —оптическая мощность излучения источника света, г —расстояние от источника. Снижение интенсивности излучения в системах дистанционного управления сильно отличается от ее падения в волоконно-оптических системах связи.

Скорость снижения интенсивности определяет пределы использования систем дистанционной связи. В случае коллимированных лучей этой проблемы не существует и организация передачи сигналов на несколько километров в хороших атмосферных условиях (без тумана и осадков) не является неразрешимой задачей. В таких системах в качестве источника коллимированного излучения обычно используют полупроводниковые лазеры, обеспечивающие генерацию лучей с очень малой пространственной расходимостью.

Искажение и временная задержка, обусловленные многолучевым распространением сигналов, серьезно ограничивают скорость передачи данных в свободном пространстве. На рис. 22.9 показана схема возникновения таких искажений. Луч света от оптического передатчика может достигать приемника несколькими путями. Это часто происходит в комнатах с большим числом сильно отражающих поверхностей — белого потолка, стен и зеркал. Существует правило оценки максимальной длины траектории сигнала: она равна двойному кратчайшему расстоянию между приемником и передатчиком. Из этого правила следует, что временная задержка из-за многолучевого распространения сигналов может быть найдена из выражения

Рис. 22.9. Схема возникновения искажений, обусловленных многолучевым распространением оптических сигналов в свободном пространстве, ограничивающих скорость передачи данных

 

Другим фактором, ограничивающим передачу сигналов в свободном пространстве, является щум детектора. Спектры солнечного света и излучения ламп накаливания захватывают область ИК-диапазона длин волн. Поэтому под воздействием таких излучений в детекторе генерируется значительный постоянный фототок. Поскольку спектральная полоса шума почти всегда намного шире спектральной полосы системы, шум детектора можно ограничить сужением полосы пропускания детектора.

Шум, возникающий из-за внешних источников света, может быть также снижен при помощи оптических фильтров, преграждающих путь к детектору нежелательным излучениям.

Библиографическийсписок

Carruthers J. В. "Wireless infrared communications" in Wiley Encyclopedia of Telecommunications edited by J. G. Proakis (John Wiley and Sons, New York, 2002).

Heatley D.J.Т., Wisely D.R., Neild I., and Cochrane P. "Optical wireless: the story so far" IEEE Comm. Mag.36, 72 (1998).

Hecht J. Understanding Fiber Optics (Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2001).

Kahn J. iVl. and Barry J.R. "Wireless infrared communications" Proc. IEEE85, 265 (2001).

Keiser G. Optical Fiber Communications3rd edition (JVicGraw-Hill, New York, 1999).

Kibler Т., Poferl S., Bock G., Huber H.-P., and Zeeb E. "Optical data buses for automotive applications" IEEE J. Lightwave Technol.22, 2184 (2004).

Mynbaev D. K. and Scheiner L. L. Fiber-Optic Communications Technology (Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2001).

Neyer A., Wittmann В., and Johnck M. "Plastic-optical-fiber-based parallel optical interconnects"/£££Sel. Top. QuantumElectron. Б, 193 (1999).

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты