автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Оптоэлектронные атмосферные каналы с малой длиной трассы

На правах рукописи

МЕРЗЛОВ ЛЕОНИД ЮРЬЕВИЧ

Оптоэлектронные атмосферные каналы с малой длиной трассы

Специальность 05.12 13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003066649

Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете)

Научный руководитель- доктор технических наук, профессор

Дмитриев Виктор Петрович

Официальные доктор технических наук

оппоненты. Харченко Виктор Николаевич

кандидат физико-математических наук Болтаев Анатолий Петрович

Ведущая организация. НТЦ ФНПЦ ОАО "Красногорский завод

им. С А Зверева"

Защита состоится « 1 » ноября 2007 года в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 212.133 06 при Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете) по адресу. 109028, Москва, Б Трехсвятительский пер., д. 1-3/12, стр. 8

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭМ (ТУ)

Автореферат разослан « 29 » сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

НН Грачев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Рост спроса на широкополосные услуги связи на участке абонентского доступа, требует внедрения прогрессивных сетевых технологий Оптимальным механизмом предоставления информации является применение беспроводных систем. Наиболее распространенными стандартами беспроводных сетей сейчас являются ШЕЕ 802.11b и 802. llg. Оборудование по этим стандартам работает в диапазоне 2,4 ГГц и способно передавать данные с максимальной скоростью 11 и 54 Мбит/с, соответственно. Очень часто системные интеграторы и телекоммуникационные компании отказываются от беспроводного решения проблемы последней мили из-за невозможности в силу ряда причин применить оборудование радиосвязи. Происходит это из-за того, что далеко не все специалисты имеют доступ к информации о технологии беспроводной передачи информации, которая не использует излучение в радиодиапазоне, а порой имеют о ней весьма искаженные представления

Использование в качестве носителя информации оптического излучения, а среды передачи — открытых каналов - атмосферы, является быстроразвивающимся и перспективным направлением оптоэлектроники.

В настоящее время существует две области применения беспроводной инфракрасной технологии связи.

• связь "точка-точка" между кабельными системами (компьютерными и телефонными сетями), находящимися в разных зданиях на расстояниях до 10 км;

• связь между приборами внутри одного помещения (беспроводные LAN, связь между компьютерами и периферией и пр).

В перечисленных областях связи существуют решения, использующие радиодиапазон. И в радио, и в инфракрасных технологиях есть плюсы и минусы Чтобы в конкретной ситуации сделать адекватный выбор той или

иной технологии, необходимо знать достоинства и недостатки каждого метода

В России, для использования любого радиопередающего устройства, мощность излучения которого превышает 50 мВт и с частотой излучения вплоть до 100 ГГц, необходимо зарегистрировать его в соответствующих государственных органах. Кроме этого, для использования любого излучающего в радиодиапазоне устройства, необходимо получить разрешение в Госкомитете по радиочастотам и другах государственных и муниципальных органах, что влечет за собой дополнительные затраты средств, времени и нервов. В данном аспекте уникальность инфракрасных технологий беспроводной связи заключается в том, что мощность излучения передатчика не превышает 50 мВт В системах инфракрасной беспроводной связи отсутствуют радаоизлучающие устройства Несмотря на это, устройства для беспроводной оптической связи, как и любое оборудование связи, должны иметь сертификат Министерства связи РФ.

Другими важными достоинствами инфракрасных (ИК) технологий беспроводной связи являются:

• практически полная неподверженность электромагнитным помехам;

• высокая защищенность канала связи от несанкционированного доступа

Ниже приведена краткая таблица предельных характеристик обоих методов

Таблица 1 Сравнительная таблица характеристик.

Радио ИК

Дальность связи, км до 50 до 4 (при низкоскоросгаой связи -до 10 Мбит/с)

Скорость передачи информации, Мбит/с до 54 до 500

Вероятность ошибки 10* ю-*

передачи

Влияние Да(вплоть до Нет

электромагнитных невозможности связи)

помех

Влияние атмосферных Дождь Туман, дым, снег

помех

Получение разрешений Госкомитет по радиочастотам, Госсвязьнадзор и пр Разрешения не нужны

Защита информации Сигнал легко Сигнал не

перехватывается (кроме перехватывается

радио мостов,

использующих шумоподобные

широкополосные сигналы)

В настоящее время, из недорогих решений для организации устойчивой связи на 500 метров и скорость 10 Мбит/с, существует только кабельная система. Стоимость оборудования, не считая кабельной системы, при использовании технологии xDSL, составит не более чем 400$ США. Срок развертывания сети по такой технологии составит от 1 дня Необходимо также учесть возможность прокладки кабельной сети

Применение радиомодемов на такие короткие расстояния не целесообразно из-за стоимости оборудования, которая начинается от 3500$ США

Применение технологии Wi-Fi, которая рассчитана на потребителя, дает необходимой надежности связи Так, например, при стоимости оборудования в 1000$, процент ошибочных пакетов при PDU 1000 байт составляет 8%

Все перечисленные недостатки существующего оборудования устранены в OAK на малые дистанции При ориентировочной стоимости комплекта оборудования в 800$ США, можно развертывать надежные линии связи за короткие сроки введения в эксплуатацию

Основываясь на неоспоримых положительных сторонах ИК-излучения в современном мире, а также на перечисленных существующих проблемах стандартных средств связи на малые расстояния, тематика проводимых в диссертационной работе исследований и полученные результаты являются актуальными и имеют важное прикладное и народно-хозяйственное значение.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертационной работы является исследование и разработка

оптической атмосферной инфракрасной линии связи на малые расстояния.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

• исследование существующих оптических атмосферных каналов (OAK) передачи данных и их параметров,

• разработка методологии расчета параметров OAK с малой длиной трассы для безаберрационной оптики;

• разработка методов оптимизации конструкции OAK на малые расстояния для уменьшения стоимости оконечного оборудования;

• исследование влияния эксплутационных факторов на работу OAK,

• разработка методологии испытаний OAK

Методы исследования

В процессе решения поставленных задач использовались методы системного анализа, методов структурного синтеза и программирования, ключевые положения трудов отечественных и зарубежных ученых,

посвященных теорни передачи сигналов с использованием OAK, публикации по рассматриваемой проблеме, а также данных полученных автором путем теоретических и экспериментальных исследований

Достоверность и обоснованность результатов

Достоверность и обоснованность результатов, приведенных в работе, подтверждается сходимостью данных, полученных автором в результате макетных и натурных испытаний.

Научная новизна

• предложена новая модель работы приемо-передающих модулей (ППМ) OAK;

• разработана методология испытаний OAK;

• обоснована методика расчета параметров OAK с малой длиной трассы для безаберрационной оптики

Практическая значимость

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют:

• использовать инфракрасную систему связи широким кругом пользователей, в связи с ее низкой стоимостью,

• повысить конкурентоспособность разработок отечественных оптических атмосферных каналов связи,

• обеспечить возможность их практического применения

Реализация и внедрение результатов работы

Научно-исследовательские работы по созданию опгоэлектронного атмосферного канала проводились на основании федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы ("Интегрированные системы хранения и обработки информации для обеспечения научных исследований, культуры и образования")

Результаты диссертационной работы были использованы: при написании отчетов НИР "Интегрированные системы хранения и обработки информации для обеспечения научных исследований, культуры и образования" (5-й, 6-й, 7-й, 8-й этапы НИР по государственному контракту № 37.053.11.0054) федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработай по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы, а также 9-й, 10-й, 11-й, 12-й этапы НИР по государственному контракту № 37 053.11.0054, в учебном процессе по курсу «Новые информационные технологии».

Апробация результатов исследования

Основные теоретические и практические научные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва, 2003); Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва, 2004); INFORMATION AND TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES IN INTELLIGENT SYSTEMS Proceedmgs of International Conference Barcelona, Spam May 2229, 2004, Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых преподавателей МЙЕМ(Москва, 2005) Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых преподавателей МИЕМ (Москва, 2007) Данные выступления являлись одновременно и апробацией работы

На защиту выносятся:

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются-

• структурная модель ОАК на малые дистанции,

• расчет параметров оптозлектронного атмосферного канала передачи данных,

• схемотехнические решения OAK, работающего на малой дистанции и обеспечивающие его работу в любых погодных условиях,

• макетирование блоков ППМ,

• методология испытаний OAK

Публикации

По теме диссертации опубликовано 15 работ 5 научных статей в журналах; 2 работы в журналах, которые входят в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук; 8 тезисов докладов на международных и всероссийских школах-семинарах и научно-технических конференциях, в том числе принято участие в написании 2-х отчетов о НИР

Структура работы

Структура диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 75 наименований и одного приложения Основной текст работы без приложений 153 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной

работы, определены направления исследований и рассмотрено логическое построение работы по главам.

В первой главе изложены основные моменты применения оптоэлектронных атмосферных каналов на малые дистанции. Приведены основные плюсы и минусы применения OAK Даны факторы, которые влияют на устойчивую работу ППМ в реальных условиях. Одним из основных факторов, определяющих возможность применения OAK, является устойчивость связи при воздействии помех различного происхождения как естественного, так и искусственного, в частности, снега, тумана, дыма и других явлений, снижающих прозрачность атмосферы.

Анализ экспериментальных данных показал, что в условиях отсутствия факторов, снижающих прозрачность атмосферы, вероятность ошибки передачи составляет в зависимости от модели OAK от 10"8 до 10"9. При постепенном ухудшении погодных условий или задымлении воздуха вероятность ошибки передачи плавно растет до 10"6, а затем происходит резкое увеличение вероятности ошибки, и связь рвется (это относится к случаям, когда расстояние между приемо-передающими блоками составляет несколько километров). После улучшения атмосферных условий связь восстанавливается

На рис 1 показана зависимость вероятности отказов канала из-за погодных условий (снег - сильный дождь, доступность канала и число минут неработоспособности за год). Если требуется 100% эффективность, рекомендуется использовать резервные широкополосные каналы или ISDN.

Доступность в Время неработоспособности

тгаенви года в [%j в минутах за год

Рис 1 Зависимость вероятности отказа канала связи от расстояния в условиях плохой погоды

Таким образом, характеристикой воздействия атмосферы на связь можно считать средний процент нерабочего времени, то есть периода, в течение которого связь отсутствовала В частности, для линии, рассчитанной на дальность связи 1 км и при длине волны излучателя 820 нм, влияние естественных помех практически не ощущается, то есть линия функционирует при любых погодных условиях С увеличением расстояния возрастают помехи, и на дальности 10 км неблагоприятные для связи условия наблюдаются в течение срока, длительность которого составляет 1,5-2% от общего времени работы за год Причем снегопад является виновником отсутствия связи в половине всех случаев, на долю тумана приходится 30% и дыма - 20%

Особо следует отметить тот факт, что дождь не оказывает серьезных, помех для связи в ИК-диапазоне, тогда как для радиорелейных линий, работающих на высоких частотах (десятки ГГц), дождь является вредным фактором Связано это с тем, что распространение в атмосфере инфракрасного и СВЧ-излучения происходит по разным физическим законам Это можно описать следующим образом ИК-излучение подчиняется, в основном, законам оптики. Капли дождя, как и тумана, рассеивают видимый свет и ИК-излучение путем отражения части луча от поверхности капли и преломления луча внутри капли Однако во время дождя на единицу объема приходится значительно меньше капель, чем во время тумана, поэтому дождь существенно меньше рассеивает ИК-излучение Во время же распространения СВЧ-волн происходит примерно следующее При дожде в атмосфере распределена в виде капель масса воды Являясь проводником, она создает своего рода экран, который препятствует распространению электромагнитных волн. Кстати, во время тумана количество воды, взвешенной в воздухе, гораздо меньше, чем при дожд^ поэтому туман не оказывает помех распространению радиоволн.

Также в этой главе рассмотрены причины не распространенности открытых оптических систем передачи информации Проведен обзор OAK,

выпускаемых в настоящее время как в России, так и в странах зарубежья Основными параметрами, которым уделялось большее внимание, были (на что смотрит конечный пользователь): легкость установки и настройки, надежность, скорость передачи, рабочая дистанция, доступность канала передачи данных на протяжении года, неприхотливость в обслуживании, стоимость, безопасность. На основании обзора литературы сделан вывод о том, что большинство зарубежных фирм выпускают OAK с параметрами, предназначенными для работы в корпоративных сетях То есть обеспечивается практически безотказный уровень связи на больших скоростях - свыше 100 Мбит/с. Такой подход не может не повлиять на стоимость оборудования, которая лежит в диапазоне 3-10 тысяч долларов Сделаны выводы об основных недостатках существующих систем. Были сформированы и поставлены основные требования к OAK с малой длиной трассы, а также был определен ход дальнейшего исследования

Во второй главе рассмотрена оптико-механическая модель OAK.

Расчётная схема

Рис. 2. Оптико-геометрическая схема OAK.

Приведен вариант расчета оптической системы для безаберрационной оптики и идеальной среды Представлен предварительный расчет

энергетических и оптико-механических технических данных OAK с малой дистанцией

Расчет оптической системы сводится к определению доли излучаемой мощности, попадающей на ФП. Очевидно, что чем эта доля больше, тем эффективнее передача оптического сигнала В соответствии с законами геометрической оптики, максимально возможное соотношение между Рпер и Рпр для безаберрационной оптической системы выглядит следующем образом:

Р -[(D -D V

Hp max _ i- I ~ пер лр

Р„ер 4UU- Л

10 10 (1)

Исходя из оптико-геометрической схемы построения OAK имеем

-JL

Множитель 1010 представляет собой долю потерь мощности излучения в среде

-я

Обозначим эту долю какК^ =10 10 . При прозрачной непоглощающей

среде р = 0 и = 1 р

Подсчитаем-^ при Kf = 1.

Примем в качестве исходных следующие тактико-технические данные устройства

Таблица 2 Тактико-технические данные устройства

Наименование параметра Усл. Обозн Значение

Максимальное расстояние между передатчиком и приемником Гщах 500 м

Оптический передатчик ИК излучающий ДИОД

Линейный угол излучения источника излучения 2Umax 120°-2,1 рад

Размер источника излучения А 0,6-10"3 м

Фотоприемный элемент p-i-n ИК фотодиод

Пороговая чувствительность Р * пор -42 дБм

Скорость приемо-передачи Viih4! 10 Мбит/сек

Функциональная надежность системы, не менее 0,95

Габариты одного приемо-передающего модуля, не более (20x13x20) см

Дополнительно выберем параметры элементов оптической системы, ограниченный ее габаритами

Таблица 3. Параметры элементов оптической системы

Наименование параметра Уел Обозн. Значение

Диаметр линзы оптического передатчика Dnep 0,080 м

Диаметр линзы приемника Dnp 0,080 м

Фокусное расстояние линзы передатчика F 0,160 м

Подставляя данные из таблицы 2 и 3 в формулу (1) получим для полностью прозрачной атмосферы.

— = 8-1(Гг 8 Ю-2 V Рт 4^5 10 -1,05 0,6-10 J

В логарифмических единицах ослабления сигнала при ß = 0 составит

величину.

Biß = 0) = 10 lg^- = 10 lgl,6 10"4 = -38öS (3)

-^мц

По данным наблюдений на широте г. Москвы, затухание оптического сигнала в ШС-диапазоне с X = 0,9 мкм с достоверностью 0,95 не превышает 7,5 дБ/км.

Для дистанции L = 500 м это затухание не превысит величины.

B{ß = 7,5) = ß L = -7,5 0,5 = -3,75дБ (4)

Суммируя это значение с (ß = 0), получим значение общего ослабления

сигнала оптического излучения

= Biß = 0) + Biß = 7,5) = -38 - 3,75 = -41,75й£ (5)

Таким образом, для надежной связи, соотношение между оптической мощностью (Рии) излучателя и пороговой мощностью (Рпор) фотоприемного устройства должно быть не менее этой величины

Далее, зная Рпор (см табл 2) легко определить Рии.

Вш =Pm>-Bz=--42+ 41,75 = -0,25дБм

Вт =10 IgРт,отсюда >\ймВт ®

Это вполне реализуемое значение мощности ИК излучающего диода

Предварительный расчет мощности излучения показал, что для реализации OAK с такими параметрами, сложностей с поиском излучающего диода не возникнет.

Проведен анализ подсистем OAK: подсистемы формирования ИК излучения, подсистемы преобразования ИК излучения в электрические импульсы, подсистемы управления работой ППМ, подсистемы «трансивер», интерфейсной подсистемы, подсистемы «управляющая ЭВМ» Рассмотрены системы кодирования кадров и его элементов, протоколы передачи данных. Приведена модель вероятности ошибок при передаче данных по открытому каналу при воздействии внешних атмосферных факторов.

Приведен алгоритм расчета канала передачи данных на малые дистанции с учетом введенных упрощений Рассчитаны параметры канала с учетом реальных факторов воздействия Предложены методы защиты ППМ от воздействия фонового излучения. Разработаны конструктивные схемы и рабочие чертежи

В третьей главе рассмотрены вопросы расчета параметров OAK Вопросы затронули физические законы работы излучающего диода (ИД) в различных эксплутационных условиях, а также реальных достижимых скоростей работы ИД. При рассмотрении быстродействия ИД принята следующая схема.

_\се возбуждения излучающего диода --Количество фотонов, испускаемых излучающим диодом в

Рисунок 3. Эквивалентная электрическая схема

единицу времени <E>e(t) определяется из соотношения

»

Фс(0 = Л/тт\&р(х,1)с!х (6)

о

где А - площадь перехода; Тизл - время жизни излучательной

рекомбинации, Ар(хД) - распределение концентрации неосновных носителей

(дырок) в базе диода с переходом р-п - типа; чу - толщина базы диода

Световой поток Фе(0 связан с накопленным зарядом соотношением

Ф,<?) = в(?)/ети. = 1<!Угр/ет1а, (7)

где тр - время жизни дырок в базе диода, е - заряда электрона, ф) -

мгновенное значение прямого тока, протекающего через излучающий диод.

Расчет параметров переходных процессов необходимо проводить с

учетом влияния барьерной емкости р-п перехода Сб При этом принимается,

что в диапазоне величин прямых напряжений на излучающем диоде 0 < иизл

< ипр влиянием изменений Сб(иизл) на параметры переходного процесса

нарастания и релаксации излучения можно пренебречь, полагая величину

Сбпр постоянной. При расчете также учитывается эффективное значение

емкости перехода

СцзФФ =1>2Со-(0) (8)

Обобщенная эквивалентная схема возбуждения излучающего диода,

принятая для расчета, приведена на рис 3. Здесь 11шя - амплитуда импульса

напряжения, создающего ток, протекающий через диод и токозадающий

резистор Л,. В установившемся режиме через диод протекает прямой ток 1пр,

а на диоде устанавливается прямое напряжение ипр. Этому стационарному

состоянию соответствует заряд неосновных носителей

= (9)

где тЭфф - эффективное время жизни неосновных носителей в базе

диода

Процесс установления стационарного заряда (3„ в базе излучающего

диода описывается дифференциальным уравнением

С5зффдид«)/д(+т)/&+а(()/т= (10)

Напряжение на диоде ид(1:) связано с величиной заряда неосновных

носителей в базе 0(1) соотношением

^(i) = 9Vln[(Q(i) + a,)/Q.] (11)

где Q0 - заряд неосновных носителей в базе диода в равновесном

состоянии, (рт = кТ/е - диффузионный потенциал.

Решив уравнение (10) с учетом (7), (8) и (11) получим выражение для

времени нарастания и задержки нарастания.

0 9в„

= ¡8Q{t){{Uwl R,)-(cpTl R№m)-&)IQ*}-

0,9«„

-Q(t)!rmr + С6эффФт Jöß(i)[ß(^äf x

Ol«,, (12)

x {&„/*,) - (я- / ЮЧШ)-ßW W'

t*mp = jSß(0{(i/H /-R,)" (ft. /i?,)to[(ö(0 - &У Ш -

%

0 1%

-ею/w1

Da

X ln{(U„ / Д)Ь[(0(0 + £„)/&] ~ /г^Г1

(13)

эфф*

Приближенное интегрирование выражений (12) и (13) с учетом (9) приводит к следующим формулам:

^ = (гзфф + 2,2Сб^Г//„р)1Е{[9 + 23^//„рЛ,И1 + 23¥>г//„Д]} (14)

» = fr* + 2Q ^ /(/, + 4)М(1 +1„р ИЖ + №ар / /.)] + + /(/„ + /J](l - 2,2ft,/U„p) (15)

Одним из схемотехнических путей снижения времени задержки включения в OAK является способ форсированного заряда барьерной емкости излучающего диода ИД, например благодаря использованию форсирующей RC-цепи передающего оконечного устройства (рис 4) Токозадающий резистор R5 выбирается из условия обеспечения

--------1 номинального выходного тока.

—I

ms ! Рис 4. Принципиальная

5 I

с ^ j электрическая схема передающего

1 |j]wjjJ ^ ц! Атмосфера^ оконечного устройства OAK с

---------1 форсированным включением

излучающего диода.

Рис. 5 Принципиальная электрическая схема передающего оконечного устройства OAK (а) и его временные характеристики (б) VD1.. VD4 -кремниевые диоды типа КД503

где U]^ - выходное напряжение в состоянии лог 1, Uв - входное напряжение, (t3dm -требуемое время задержки включения, С„ - входная емкость; ta - постоянная времени входной цепи

Другим способом уменьшения времени задержки включения является предварительный заряд барьерной емкости излучающего диода ИД до величины, близкой к пороговому напряжению включения ИД На рис 5 приведены принципиальная электрическая схема передающего оконечного устройства с предварительным зарядом барьерной емкости ИД и временные диаграммы его включения

Также в этой главе приведены законы рассеивания оптического сигнала в атмосфере, законы распространения сигнала и факторы, влияющие на работоспособность канала.

В четвертой главе приведен пример расчета параметров OAK. Разработаны принципиальные электрические схемы OAK: приемник, передатчик, силовой коммутатор излучающего ИК-диода Рассчитана

R5=(U1bhx-Ubx)/Ibx а форсирующая емкость из условия.

(16)

(17)

энергетика наведенного излучения, а также оценена возможность введения излучения со стороны.

Рассмотрены блоки симплексного OAK

ИИ им ОПер ос ОПр им ИИ

Рис 6. Структурная схема симплексного инфракрасного канала передачи данных

Источник информации является определяющим звеном для интерфейсного модуля. Так в зависимости от методов кодирования информации в заданной среде будет меняться и интерфейс преобразования данных для ППМ Интерфейсный модуль может подвергнуться модернизации в целях уменьшения его стоимости Задачами интерфейсного модуля является преобразование входного сигнала, к форме сигнала, понятного для модуля оптического передатчика. В случае конструирования OAK для использования в магистральных линиях, интерфейсный модуль должен быть встроен в OAK, для чего необходимо применять различную элементную базу В зависимости от «сложности» входящего протокола будет меняться и сложность схемотехники Так, при использовании последовательного кода передачи информации, существует простое и недорогое исполнение интерфейсного модуля. В случае применения протокола более высокого уровня ведет за собой использование более сложных схем преобразования сигналов Например, при использовании протокола Ethernet, требуется установка маршрутизатора, отвечающего за перенаправление трафика через АОК, что в свою очередь резко удорожит конструкцию в связи с установкой внутри ППМ мини компьютера с функциями интеллектуального анализатора проходящего трафика

В состав оптического передатчика входит модуль, который отвечает за правильное формирование протекающего тока через инфракрасный излучающий диод, линзовая система формирования выходного оптического луча Модуль формирователя тока в магистральном исполнении содержит схемы усилителя сигнала для инфракрасного диода (ИД) и схемы

ограничения средней мощности поступающей на ИД От схемы усилителя отказаться нельзя, можно только использовать другую элементную базу Использовать другую элементную базу можно в связи с уменьшением вероятности доступности канала при различных погодных условиях и как следствие, снижение излучательной мощности. Линзовая система также может быть упрощена за счет применения разных материалов для изготовления линз и уменьшения их диаметра Изменение размера линз приведет к необходимости изменения излучательной мощности ИД

Оптический приемник, пожалуй, один из модулей, который нецелесообразно модернизировать по сравнению с магистральной версией. В состав этого модуля входит высокочувствительный приемник со встроенным компаратором, которые выполнены в цельнометаллическом корпусе с оптическим входом.

После проведенного анализа интерфейсов для связи OAK и персонального компьютера был выбран интерфейс USB.

В случае применения USB интерфейса для OAK можно б'ольшую часть схемной реализации перенести на программный уровень В частности, интерфейсный модуль заменит все модули до усилителя ИД То есть все операции по кодированию, синхронизации и проверки сигнала возьмет на себя программная часть При таком подходе к проектированию систем возникает отрицательная сторона, которая заключается в использовании мощностей персонального компьютера (ЦПУ, шина данных, память) Однако в настоящее время мощность современных компьютеров настолько велика и не используется на 100%, что для конечного пользователя будет прозрачна работа драйвера, который займет часть процессорного времени.

В ходе дальнейшего анализа были изучены различные схемотехнические решения по взаимодействию через интерфейс USB Микросхема USBN9604 производства National Semiconductor, на мой взгляд, наиболее подходит под требования по функциональным возможностям.

Устройство USBN9604 - контроллер узлов USB, обеспечивающие улучшенную поддержку DMA с различными возможностями автоматической обработки данных Устройство совместимо с USB версий 1 0 и 1 1. Схема интерфейсного устройства представлена на рис. 7.

CLKOUT USBN9604-2SU DO SO B1

VCC D2 D3

а* D4

D5 □6

D- D7 ~cs. ~RD. -TOR SC'

Хш INTR

Xout -DACX.

V3,3 DRQ

AGND AO ALE

GND1 -RESET.

MODE1

GND2 MODEO

Рис 7 Принципиальная схема интерфейсного модуля

Для взаимодействия прикладного и аппаратного уровней написаны

системные драйвера под операционную систему Windows

Далее в этой главе приведена логическая схема распределенной

системы по сбору и обработки статистических данных, собранных в

результате работы OAK Рассмотрены особенности эксплуатации OAK и

методология испытаний OAK Приведены результаты натурных испытаний

двух образцов JIAJIC. В результате испытаний при монтаже и юстировке

аппаратуры JIAJIC выявлена неработоспособность испытуемой аппаратуры в

заданных условиях. В связи с этим, аппаратура лазерных атмосферных линий

связи (JIAJIC) JIAJIC - СЛА-10М «Ирис» производства Воронежского НИИ

Связи не может использоваться при построении высокоскоростных

городских вычислительных сетей. У второго образца результаты испытаний

показали целесообразность использования аппаратуры JIAJIC «МОСТ»

производства ООО «Мостком» для оснащения объектов высокоскоростных

вычислительных сетей г Москвы, расположенных на расстоянии до 3-х

километров Указанная аппаратура обеспечивает высокие скорости передачи

информации в режиме «точка-точка» (до 95 Мбит/сек) и слабо подвержена

влиянию погодных условий. Аппаратура технологична с точки зрения установки и проста в эксплуатации, хотя в период испытаний наблюдались ситуации ухода оптической оси, что требовало вмешательства эксплуатационного персонала.

Основные результаты работы

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе,

получены следующие основные результаты:

• выполнен анализ характеристик и принципов работы атмосферных инфракрасных каналов передачи данных, проанализирована эффективность их применения. Определена область использования OAK Проведено тестирование двух промышленных образцов систем оптической атмосферной лазерной связи Поставлены требования к OAK с малой длиной трассы;

• разработан алгоритм расчета оптико-механической модели OAK для безаберрационной оптики с учетом справочных материалов по затуханию оптических сигналов в атмосфере. Рассмотрена схема взаимодействия подсистем приемо-передающего модуля OAK,

® рассчитаны элементы конструкции с учетом разных эксплутационных параметров ППМ Приведен расчет затухания оптического сигнала в атмосфере с реальными параметрами ослабления, » рассмотрены вопросы, связанные с технической реализацией OAK, на основании которых был произведен расчет атмосферного оптического канала на дистанцию 500 метров,

• разработан блок интерфейсного модуля для связи OAK и персонального компьютера по интерфейсу USB, который позволил отказаться от некоторых модулей в составе OAK, что соответственно привело к существенному снижению стоимости,

• проведены натурные испытания образцов OAK по предложенной методологии

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Л.Ю. Мерзлов Использование WEB-технологий при проведении

испытаний информационного инфракрасного канала передачи данных. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов института посвященная 40-летию МИЭМ -М МИЭМ, 2002г с 45-48

2. Л.Ю. Мерзлов Программно-аппаратная реализация системы мониторинга атмосферного оптического канала передачи данных Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов -М.. МИЭМ, 2003 с 135-137.

3 Автоматический контроль параметров АОК. Статья в сборник статей, посвященный 40-летию МИЭМ -М.. МИЭМ, 2003 с. 91-93

4. Л Ю Мерзлов Принципы программно-аппаратной реализация интерфейса ПК с АОК малой длиной трассы Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. -М • МИЭМ, 2004 с 236-237.

5 Дмитриев В П., Мерзлов Л.Ю., Бобович П.А Optical mfra-red atmospheric data link with route length up to 500 meters and transfer speed up to 10 Mbit/s

INFORMATION AND TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES IN INTELLIGENT SYSTEMS Proceedings of International Conference Barcelona, Spain May 22-29,2004. с 57-62

6 В M Вишневский, В П Дмитриев, И.В.Коршунов, Мерзлов ЛЮ. Особенности работы оптоэлектронного атмосферного канала. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых преподавателей МИЭМ. Тезисы докладов -М - МИЭМ, 2005. с. 114-125.

7. Дмитриев В.П., Жданов B.C., Мерзлов Л Ю Развитие оптоэлектронных каналов для образования. 3-я Международная конференция по информационным и телекоммуникационным технологиям в интеллектуальных системах. Jun 02-09, Spain, Mallorca, 2005 с 79-92.

8 В П Дмитриев, JIЮ. Мерзлов, П А Бобович Эффективность изделий оптоэлектроники в вычислительных и телекоммуникационных сетях. Сборник статей Russian academy of science Bulgarian academy of science International Workshop Distnbuted computer and communication networks DCCN 2005 Processing Sofia, Bulgana, Apnl 23-29, 2005 Technosphera, Moscow2005. c. 277-288.

9 Блюмин A.B , Дмитриев В П, Мерзлов Л.Ю, Дмитриев M В., Коршунов И.В Принципы реализации оптоэлекгронных атмосферных каналов. Сборник научных трудов Кафедры «Вычислительные системы и сети» Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии Под редакцией проф., д.тн. Жданова В.С МИЭМ, -М, 2005 с. 163-172.

10 Дмитриев В П., Коршунов ИВ., Мерзлов Л.Ю., Нуруллаев AT Экспериментальная оценка оптоэлекгронных атмосферных каналов Сборник научных трудов Кафедры «Вычислительные системы и сети» Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии. Под редакцией проф, д т н. Жданова В.С МИЭМ, M , 2005. с. 172-185

11 Дмитриев В П., Нуруллаев А.Т, Мерзлов Л.Ю, Бобович П А. Переходные процессы в оптоэлекгронных приборах и системах Сборник научных трудов Кафедры «Вычислительные системы и сети» Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии Под редакцией проф, д т н. Жданова В С МИЭМ,-М ,2005 с 186-204

12. Дмитриев В П, Блюмин А В , Мерзлов Л Ю , Нуруллаев А.Т, Бобович ПА, Коршунов И.В, Барлыбаев Р Г Качество функционирования оптоэлектронного атмосферного канала передачи информации в вычислительных сетях Журнал. Качество, инновации, образование №2(24). Москва 2007. с 29-35

13 Л.Ю Мерзлов Методика расчета оптоэлектронного атмосферного инфракрасного канала связи на малые дистанции. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов -М,- МИЭМ, 2007. ISBN 978-5-94506-167-5 с. 261-263

14 ЛЮ. Мерзлов Надежность функционирования оптоэлектронных атмосферных каналов передачи данных на малые расстояния. Качество и ИЛИ (САЬ8)-техяологии №2 2007г -М: 2007. с. 30-33.

15. Дмитриев В.П, Блюмин AB., Мерзлов ЛЮ., Нуруллаев А.Т., Бобович П.А, Коршунов И.В., Барлыбаев Р.Г. Качество функционирования оцтоэлектронного атмосферного канала передачи информации в вычислительных сетях. Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник №2(51) 2007г -М. 2007 ISSN 17273749 с. 43-48

Подписано в печать 25 09.2007. Формат 60x84/16. Бумага типографская N8 2. Печать - ризография Усл. печ л 1,6 Тираж 100 экз. Заказ 97Л .

Московский государственный институт электроники и математики 109028, Москва, Б Трехсвятительский пер., 3/12.

Центр оперативной полиграфии (€55) 916-88-04,516-39-25

введение.

глава 1. принципы построения оптической атмосферной линии связи.

1.1 Основные положения.

1.2 Влияние атмосферных факторов.

1.3 Проблемы увеличения дальности связи.

1.4 Факторы, которые мало влияют на работу OAK.

1.5 Обзор зарубежной и отечественной аппаратуры ЛАЛС.

1.6 Практика использования аппаратуры ЛАЛС.

1.6.1 Аппаратура ЛАЛС «МОСТ» производства ООО «Мостком» (г.Рязань).

1.6.2 Аппаратура ЛАЛС СЛА-10М «Ирис» производства ООО Воронежского НИИ связи.

1.7 Целесообразность применения OAK.

1.8 Эффективность внедрения OAK в вычислительные сети.

1.9 Выводы.

1.9.1 Определение хода дальнейшего исследования.

1.9.2 Постановка требований к OAK с малой длиной трассы.

глава 2. оптико-механическая модель oak.

2.1 Расчет построения оптической системы для безаберрационной оптики и идеальной среды.

2.2 Описание алгоритма расчета.

2.3 Определение параметров OAK с малой длиной трассы.

2.4 Подсистемы OAK.

2.4.1 Подсистема формирования ИК излучения.

2.4.2 Подсистема преобразования ИК излучения в электрические импульсы.

2.4.3 Подсистема управления работой ППМ.

2.4.4 Подсистема «трансивер».

2.4.5 Интерфейсная подсистема.

2.4.6 Подсистема «управляющая ЭВМ».

2.5 Разработка конструктивной схемы и рабочих чертежей оптико-механических узлов OAK.

2.5.1 Разработка способов борьбы с паразитной засветкой OAK.

2.5.2 Расчет энергетики наведенного излучения.

2.5.3 Оценка возможности введения излучения со стороны.

2.6 Прочие факторы, влияющие на работу OAK.

2.6.1 Малозначащие факторы.

2.6.2 Учет влияния погодных условий.

2.6.3 Учет отклонения луча от нормали.

глава 3. основы расчета oak.

3.1 Анализ работы ИД в разных эксплутационных условиях.

3.1.1 Согласование уровней сигналов.

3.1.2 Влияние изменений температуры окружающей среды на работу излучающих диодов.

3.1.3 Влияние деградационных явлений на излучательные характеристики ИД.

3.2 Быстродействие ИД.

3.3 Ослабление мощности оптического сигнала атмосферой.

3.3.1 Релеевское рассеяние оптического сигнала в атмосфере.

3.3.2 Аэрозольное ослабление.

3.3.3 Влияние молекулярного поглощения.

3.3.4 Водяной пар.

3.3.5 Углекислый газ.

3.3.6 Озон.

3.3.7 Кислород.

3.3.8 Закись азота.

3.3.9 Метан.

3.3.10 Окись углерода.

3.4 Распространение оптического сигнала в атмосфере.

3.4.1 Влияние турбулентности.

3.4.2 Фоновые помехи от посторонних источников в атмосфере.

3.5 Выводы.

глава 4. техническая реализация oak.

4.1 Практическая реализация OAK.

4.1.1 Разработка принципиальных электрических схем OAK.

4.1.2 Приемник OAK.

4.1.3 Передатчик OAK.

4.1.4 Силовой коммутатор излучающего ИК-диода.

4.2 Использование конструктивных решений для уменьшения стоимости oak.

4.2.1 Блоки и узлы OAK подлежащие модернизации.

4.2.2 Выбор интерфейса для OAK.

4.2.3 Применение USB интерфейса.

4.3 Автоматический контроль параметров АОК.

4.4 Методология испытаний аппаратуры J1AJ1C.

4.4.1 Общие положения.

4.4.2 Методика испытаний канала в составе ЛВС.

4.4.3 Трасса испытания и выбор позиций для установки ЛАЛС.

4.5 Результаты испытаний.

4.5.1 Испытания аппаратуры ЛАЛС «МОСТ» производства ООО «Мостком» (г.Рязань).

4.5.2 Испытания аппаратуры ЛАЛС СЛА-10М «Ирис» производства ООО Воронежского НИИ связи

Рост спроса на широкополосные услуги требует внедрения прогрессивных сетевых технологий на участке абонентского доступа. Оптимальным механизмом предоставления информации является применение беспроводных систем. Использование в качестве носителя информации оптического излучения, а среды передачи - открытых каналов -атмосферы, является быстроразвивающимся и перспективным направлением оптоэлектроники. Наиболее распространенными стандартами беспроводных сетей сейчас являются IEEE 802.11b и 802.1 lg. Оборудование по этим стандартам работает в диапазоне 2,4 ГГц и способно передавать данные с максимальной скоростью 11 и 54 Мбит/с, соответственно. Очень часто системные интеграторы и телекоммуникационные компании отказываются от беспроводного решения проблемы последней мили из-за невозможности в силу ряда причин применить оборудование радиосвязи. Происходит это из-за того, что далеко не все специалисты имеют доступ к информации о технологии беспроводной передачи информации, которая не использует излучение в радиодиапазоне, а порой имеют о ней весьма искаженные представления.

В настоящее время существует две области применения беспроводной инфракрасной технологии связи:

• связь "точка-точка" между кабельными системами (компьютерными и телефонными сетями), находящимися в разных зданиях на расстояниях до 10 км;

• связь между приборами внутри одного помещения (беспроводные LAN, связь между компьютерами и периферией и пр.).

В перечисленных областях связи существуют решения, использующие радиодиапазон. И в радио-, и в инфракрасных технологиях есть плюсы и минусы. Чтобы в конкретной ситуации сделать адекватный выбор той или иной технологии, необходимо знать достоинства и недостатки каждого метода.

В России, для использования любого радиопередающего устройства, мощность излучения которого превышает 50 мВт и с частотой излучения вплоть до 100 ГГц, необходимо зарегистрировать его в соответствующих государственных органах. Кроме этого, для использования любого излучающего в радиодиапазоне устройства, необходимо получить разрешение в Госкомитете по радиочастотам и других государственных и муниципальных органах, что влечет за собой дополнительные затраты средств, времени и нервов. В отличие от России, в большинстве развитых стран существуют диапазоны частот, для использования которых не требуется никаких разрешений. Большой спектр беспроводных устройств связи, выпускаемых за рубежом, рассчитан на работу именно в этих диапазонах. В данном аспекте уникальность инфракрасных технологий беспроводной связи заключается в том, что мощность излучения передатчика не превышает 50 мВт. В системах инфракрасной беспроводной связи отсутствуют радиоизлучающие устройства. Несмотря на это, устройства для беспроводной оптической связи, как и любое оборудование связи, должны иметь сертификат Министерства связи РФ.

Другими важными достоинствами инфракрасных (ИК) технологий беспроводной связи являются:

• практически полная неподверженность электромагнитным помехам;

• высокая защищенность канала связи от несанкционированного доступа.

Ниже приведена краткая таблица предельных характеристик обоих методов.

Таблица 1.1 Сравнительная таблица характеристик

Радио ИК

Дальность связи, км. до 50 до 4 (при низкоскоростной связи -до 10 Мбит/с)

Скорость передачи информации, Мбит/с до 54 до 500

Вероятность ошибки 10"9 10"у передачи

Влияние Да (вплоть до Нет электромагнитных невозможности связи) помех

Влияние атмосферных Дождь Туман, дым, снег помех

Получение разрешений Госкомитет по радиочастотам, Госсвязьнадзор и пр. Разрешения не нужны

Защита информации Сигнал легко Сигнал не перехватывается (кроме перехватывается радио мостов, использующих шумоподобные широкополосные сигналы)

В настоящее время, из недорогих решений для организации устойчивой связи на 500 метров и скорость 10 Мбит/с, существует только кабельная система. Стоимость оборудования, не считая кабельной системы, при использовании технологии xDSL, составит не более чем 400$ США. Срок развертывания сети по такой технологии составит от 1 дня. Необходимо также учесть возможность прокладки кабельной сети.

Применение радиомодемов на такие короткие расстояния не оправдывает себя из-за стоимости оборудования, которая начинается от 3500$ США.

Применение технологии Wi-Fi, которая рассчитана на потребителя, не дает необходимой надежности связи. Так, например, при стоимости оборудования в 1000$, процент ошибочных пакетов при PDU 1000 байт составляет 8%.

Все перечисленные недостатки существующего оборудования устранены в OAK на малые дистанции. При ориентировочной стоимости комплекта оборудования в 800$ США, можно развертывать надежные линии связи за короткие сроки введения в эксплуатацию.

Основываясь на неоспоримых положительных сторонах РЖ-излучения в современном мире, а также на перечисленных существующих проблемах стандартных средств связи на такие расстояния, тематика проводимых в диссертационной работе исследований и полученные результаты являются актуальными и имеют важное практическое значение.

Цель работы. Цель диссертационной работы состоит в разработке недорогого, быстроинсталлируемого, ориентированного на конечного пользователя, устройства связи на расстояние до 500 метров, использующее инфракрасное излучение, внедрение которого внесет значительный вклад в развитие экономики страны.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

• Исследование существующих OAK и их параметров;

• Разработка оптического атмосферного канала (OAK), рассчитанного для работы на малые расстояния;

• Снижение стоимости оконечного оборудования за счет введения новых конструктивных решений.

Методы исследований. В процессе решения поставленных задач использовались методы системного анализа, методы структурного синтеза и программирования, ключевые положения трудов отечественных и зарубежных ученых, посвященных теории передачи сигналов с использованием OAK, публикации по рассматриваемой проблеме, а также данные полученные автором путем теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• Оценена эффективность внедрения OAK в вычислительные сети;

• Представлен алгоритм расчета параметров OAK для безаберрационной оптики;

• Разработана модель ИД, работающего в переключательном режиме;

• Разработана методика расчета ослабления оптического сигнала в атмосфере при наличии фоновых помех;

• Предложены схемотехнические решения для снижения стоимости OAK;

• Разработано программное обеспечение для автоматического контроля параметров OAK.

Практическая значимость. Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют:

• использовать инфракрасную систему связи широким кругом пользователей в связи с ее низкой стоимостью;

• повысить конкурентоспособность разработок отечественных оптических атмосферных каналов связи;

• обеспечить возможность практического применения OAK.

Реализация и внедрение результатов исследований. Научноисследовательские работы по созданию оптоэлектронного атмосферного канала проводились на основании федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы - "Интегрированные системы хранения и обработки информации для обеспечения научных исследований, культуры и образования".

Результаты диссертационной работы были использованы при написании отчетов НИР: "Интегрированные системы хранения и обработки информации для обеспечения научных исследований, культуры и образования" (5-й, 6-й, 7-й, 8-й этапы НИР по государственному контракту № 37.053.11.0054) федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы. Блок 2 - "Поисково-прикладные исследования и разработки" и "Интегрированные системы хранения и обработки информации для обеспечения научных исследований, культуры и образования" ( 9-й, 10-й, 11-й, 12-й этапы НИР по государственному контракту № 37.053.11.0054) федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы. Блок 2 - "Поисково-прикладные исследования и разработки".

Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность и обоснованность результатов, приведенных в работе, подтверждается сходимостью данных, полученных автором в результате макетных и натурных испытаний.

Апробация работы. Основные теоретические и практические научные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ.(Москва, 2003); Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва, 2004); INFORMATION AND TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES IN INTELLIGENT SYSTEMS Proceedings of International Conference

Barcelona, Spain May 22-29, 2004; Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых преподавателей МИЕМ (Москва, 2005); Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых преподавателей МИЕМ (Москва, 2007). Данные выступления являлись одновременно и апробацией работы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в российских и зарубежных изданиях, тезисы докладов на отраслевых и международных конференциях и совещаниях, а также 2 отчета по НИР.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 75 наименований, приложения. Основная часть работы содержит 157 страниц машинописного текста.

Выводы и результаты работы

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

• Выполнен анализ характеристик и принципов работы атмосферных инфракрасных каналов передачи данных, проанализирована эффективность их применения. Определена область использования OAK. Проведено тестирование двух промышленных образцов систем оптической атмосферной лазерной связи. Поставлены требования к OAK с малой длиной трассы;

• Разработан алгоритм расчета оптико-механической модели OAK для безаберрационной оптики с учетом справочных материалов по затуханию оптических сигналов в атмосфере. Рассмотрена схема взаимодействия подсистем приемо-передающего модуля (ППМ) OAK;

• Приведена модель ИД, учитывающая температурные коэффициенты изменения прямого напряжения и силы света ИД, влияние деградационных явлений на излучательные характеристики ИД и радиационные эффекты в светоизлучающих диодах. Рассчитаны времена задержки включения ИД и рассмотрены методы снижения данной задержки;

• Рассчитаны элементы конструкции с учетом разных эксплутационных параметров ППМ. Приведен расчет затухания оптического сигнала в атмосфере с реальными параметрами ослабления;

• Рассмотрены вопросы, связанные с технической реализацией OAK, на основании которых был произведен расчет атмосферного оптического канала на дистанцию 500 метров;

• Разработан блок интерфейсного модуля OAK и персонального компьютера по интерфейсу USB, который позволил отказаться от некоторых модулей в составе OAK, что соответственно привело к существенному снижению стоимости;

• Разработано программное обеспечение для OAK, позволяющее в реальном времени получать статистические данные об основных параметрах системы и отображать их в графическом виде.

Выполненные расчеты показали, что в случае установки АОК на участках длиной не более 500 м при динамическом диапазоне 50-60 дБ можно обеспечить уровень доступности канала связи 99,9% даже в регионах с плохими климатическими условиями.

С другой стороны, использование АОК в сетях, допустимая величина доступности в которых не превышает 0,95, представляется весьма перспективным. При этом очевидно, что большей доступностью при прочих равных условиях обладают низкоскоростные каналы связи 2.8 Мбит/с. В этой области применения AOJIC появляется существенный выигрыш в достижимой дальности связи (до 4-х раз) при увеличении потенциала линии связи от 40 дБ (дешевые линии) до 80 дБ (дорогие линии с предельными параметрами, более 50 тыс.$). Одной из таких областей, где не требуется высокой доступности, являются сети Ethernet.

Для получения высоких показателей "приведенного динамического диапазона" производители систем часто прибегают к решениям, которые на практике сводят на нет хорошие энергетические показатели. Самым распространенным приемом является сужение диаграммы направленности излучения. При малых углах системы становятся чувствительны к стабильности положения здания, на котором они установлены, жесткости крепления и к эффекту "дрожания" атмосферы в жаркий период. Впрочем, в некоторых системах нестабильность опоры компенсируется системой автокоррекции положения блока, что в свою очередь удорожает конечное оборудование.

1. Смирнов В.А. Введение в оптическую радиоэлектронику - М: Сов. Радио, 1976-236с.

2. Varshni V.P. Temperature dependence of the energy gap in semiconductors //Canadian J. Phys 1967-Vol. 34, №1-P. 149-154.

3. Maneaqian A., Woley J. Temperature dependence of the energy gap in semiconductors //Canadian J. Phys 1984-Vol. 62, №l-P.285-287.

4. Ермаков O.H. Влияние температурных эффектов на характеристики полупроводниковых источников излучения М: ЦНИИ «Электроника», 1987-4. И-53с. - (Обзоры по электронной технике, Сер. 2 Полупроводниковые приборы, вып. 1)

5. Ермаков О.Н. Влияние температурных эффектов на характеристики полупроводниковых источников излучения М: ЦНИИ «Электроника», 1986-4.1-70с. - (Обзоры по электронной технике, Сер. 2 Полупроводниковые приборы, вып. 5)

6. Варшни В.П. Собственная излучательная рекомендация в полупроводниках М: Наука, 1972 - С 5-124

7. Гарбузов Д.З., Халфин В.Б., Трукан М.К. Температурная зависимость эффективности и времени излучательных переходов в прямозонном полупроводнике типа GaAs // Физика и техника полупроводников -1978 -Т. 12- с 224-297

8. Сушков В.П. Физические основы деградации полупроводниковых излучающих диодов // Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов 4.1-Кмишнев - 1982 с. 24-25

9. Prassler R. Quantum efficiency of multiphonon transions according the static coupling scheme // Physical Status Solid (b) 1977 - Vol. 65 - P.561-570

10. Ю.О.Н. Ермаков, В.П. Сушков Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы М:Радио и Связь, 1990-240с.

11. Аладинский В.К., Барышников Д.А., Соляр В.Г. Расчет нелинейности температурной зависимости прямого направления р-n перехода// Электронная техника Сер. 2, Полупроводниковые приборы 1986-Вып. 4 с.3-5

12. Николаев Ю.Н., Кулешов В.М. Зависимость температурного коэффициента излучения светодиодов от тока питания // Тезисы докладов на V Всесоюзной конф. «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение» М, 1984-с. 164

13. Опорные источники излучения на основе твердых растворов In!.xGaxP, О.Н. Ермаков Р.С. Игнаткина, А.П. Каразюба, В.П. Сушков, В.Ф. Аксенов // Журнал прикладной электроники 1987-Т.46, № 1-е. 149-162

14. М.Синкевич В.Ф., Соловьев В.Н. Физические механизмы деградации полупроводниковых приборов // Зарубежная электронная техника -1984- Вып. 2 (273)-с.3-46

15. Механизмы естественного старения и вынужденной деградации полупроводниковых приборов // Б.М. Горин, А.Е. Кив, Л.Г. Плотникова, В.Н. Соловьев М:ЦНИИ «Электроника», 1983 - 56с. (Обзоры по электронной технике; Вып. 48)

16. Птащенко А.А. Деградация светоизлучающих приборов // Журнал прикладной электроники 1980-Вып.5-с.781-803

17. Елисеев П.Г., Завеставская И.Н., Полуэктов И.А. О механизме смещения атомов в лазерных кристаллах под действием безызлучательной рекомбинации // Квантовая электроника 1978-Т.5, №1-с.203-206

18. Jordan F.S., Ralsten J.M. A diffusion model per GaP red LED degradation. // J.Appl. Phys 1976-Vol.47, №10-p.4518-4527

19. Gold R.D., Weisberg L.R. Permanent degration of GaAs tunnel diodes // Solid State Electronics 1967-Vol,7, №1 l-p.811-821

20. Птащенко А.А., Баранов В.М., Тепляков В.А. Деградация инжекционной электролюминесценции и дрейф примесных ионов в р-п переходах // Журнал прикладной спектроскопии 1979-т.30,№4-с.751-752

21. Сушков В.П., Щепетилова JI.A. Деградация интенсивности излучения инжекционных источников света // Электронная техника Сер.2, Полупроводниковые приборы 1979-Вып.5-с.З-7.

22. Shinrane N., The effect of thermal stress on the temperature dependence of degration in GaAsP LED's operating of high gusrents densities // J. Appl Phys 1980-Vol.51, №3-p. 1818-1824

23. Аладинский B.K., Карацюба А.П. Диффузионная теория деграционных явлений в электролюминесцентных диодах // Электронная техника., Сер.2, Полупроводниковые приборы 1978-Вып.4-с.51-58

24. Krispin P., Maege J. Vp-related defects in diffused GaP:N diodes // Physics Status Solidi (a) 1984-Vol.84, №2-p.573-584

25. Дмитриев В.П., Греднев A.K., Гридин B.H. Оптоэлектронные элементы и устройства. Под редакцией Ю.В. Гуляева М:Радио и Связь, 1988336.

26. Уваров Е.Ф., Храмцев А.П. Оптические и люминесцентные свойства облученных широкозонных полупроводников AInBv-M: ЦНИИ «Электроника», 1979 (Обзоры по электронной технике, Сер. 2. Полупроводниковые приборы; Вып. Н)-66с.

27. Уваров Е.Ф. Радиационные дефекты в широкозонных полупроводниках AinBv-M: ЦНИИ «Электроника», 1978-77с.

28. Dimioduk К.С., Ness C.Q., Foley J.K. Electron irradiation of GaAsP LEDS's // IEEE Trans 1985-Vol.NS-32,№6-p.4010-1015

29. Атмосферная спектроскопия, http://spectra.iao.ru3О.Зуев B.E. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере в условиях помех.-М.: Советское радио,1977.

30. Медведь Д.Б. Влияние погодных условий на беспроводную оптическую связь. Вестник связи, 2001, № 4, с. 154-157.

31. Ландсберг Г.С. Оптика. Изд. пятое перераб. и доп. М.: Наука, 1976.

32. ЗЗ.Оптоэлектроника Э. Ррозеншер, Б. Винтер. Техносфера, Москва 2004

33. М.А. Afromovitz, Solid State Comm. 15, 59 (1974)

34. J.S. Blakemore, J. Appl. Phys. 53, R123 (1982)

35. S.H.Wemple and M. DiDomenico, Phys. Rev. B3, 1338 (1971)

36. R.J. Keyes, ed., Optical and Infrared detectors, Topics in Physics Vol. 19,2-nd Edn, Springer Verlag, Berlin (1980).

37. G.H. Rieke, Detection of Light: From the Ultraviolet to the Submillimeter, Cambridge University Press, Cabridge (1994)

38. R.W. Boyd, Non Linear Optics, Academic Press, Boston (1972)

39. P. Butcher and D. Cotter, The elements of Nonlinear Optics, Cambridge University Press, Cabridge (1990)

40. Y.S. Shen, The Principles of Non Linear Optics, Wiley, New York (1984)

41. R.L. Sutherland, Handbook of Nonlinear Optics, Marcel Dekker Inc., New York (1996)

42. Yariv, Quantum Electronics, 3-rd Edn, Wiley, New York (1989)

43. S.L. Chuang, Physics Of Optoelectronic Devices, Willey Interscience, New York (1995)

44. A.B. Миронов Прецизионная фотометрия,46.http://xray.sai.msu.ru/ mystery/html/AlMir/lector/index.html

45. Кулик Т. К., Прохоров Д.В. Методика сравнительной оценки работоспособности лазерных линий связи. Технология и средства связи, 2000, №6, с. 8-10.

46. Клоков А.В. Беспроводная оптическая связь Мифы и реальность. Технология и средства связи, 2000. № 6. с. 12-13.

47. Клоков А.В. Беспроводные ИК-технологии, истинное качество "последней мили". Технология и средства связи, 1999, № 5, с. 40-44.

48. Красюк Б.А, Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. Вопросы технологии. М.: Радио и связь, 1985.-192 е., ил.

49. Р.А. Казарян, А.В. Оганесян и др. Оптические системы передачи информации по атмосферному каналу. Под. ред. Р.А. Казаряна. Радио и связь, 1985 г.-208 е., ил.

50. Шереметьев А.Г., Толпарев Р.Г. Лазерная связь.-М.: Связь, 1974. 17. Оптическая связь: Пер, с япон.-М.: Радио и связь, 1984.-384 е., ил.

51. У. Вольф, Б. Герман, Э. Ла Рокка, Г. Сьютс, Р. Тернер, Р. Хуфнагель Справочник по инфракрасной технике./Ред. У. Вольфа, Г. Цисис. В 4-х тт. Т. 1. Физика ИК-излучения: Пер. с англ.-М.: Мир, 1995.-606 е., ил.

52. Горохов В.А. Вопросы построения телекоммуникационных сетей и их развитие на базе телефонных сетей ЕС СКТ. Вопросы кибернетики. Процессы управления в сетях ЭВМ 1985 - вып. 105-е. 22-29

53. System 12 Elektr. Nuchrichterwesen ITT 1981 - B.56, №2, 213

54. Якушенков Ю.Г. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов. Учебное пособие для вузов М: Сов. Радио, 1985-192с.

55. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники -М.: Сов. радио, 1980.-372 с.

56. Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы М.: Радио и связь, 1985. -504с.

57. Балашов В.П., Гребнев А.К., Дмитриев В.П. Характеристики и методы расчета оптоэлектронных приборов М.: ВИНИТИ, 1989 - с. 3-59. -(Итоги науки и техники. Сер. Электроника. Т. 24).

58. Дмитриев В.П., Чепиженко А.З., Ужегов В.И. и др.; Под ред. Чепиженко А.З. Расчетные методы прогнозирования радиационной стойкости изделий электронной техники М.: Воениздат, 1981. - 358 с.

59. Панков И.С. Оптические процессы в полупроводниках М.: Мир, 1973. -286 с

60. Дмитриев В.П., Мгебрян Р.Г. Оценка быстродействия фотодиодов со встроенным электрическим полем // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1976. №8. - С 67 - 69.

61. Вавилов B.C., Ухин В.Н. Радиационные дефекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М Радио и связь. 1969. -368с.

62. Горохов В.А., Полковский И.М., Стыцько В.П. Комплексная миниатюризация в электросвязи М.: Радио и связь. 1987. - 280с.

63. Дмитриев В.П. Схемотехнические вопросы и экспериментальное использование приемо-передающих модулей внутриобъектовых ВОСПИ // Сб. докладов II всесоюзной конференции по ВОСПИ. 1982. -С. 65-68.

64. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника М.: Радио и связь, 1989. - 360 с.

65. Вишневский В.М. « Беспроводные сети широкополосного доступа к ресурсам интернета» // Электросвязь, 2000, N 10, с. 14-15.

66. Дмитриев В.П, Балашов В.П., Горохов В.А. Применение оптоэлектронных приборов в радиоэлектронной аппаратуре. -М; ВИНИТИ, Итоги науки и техники, сер. Электроника, 1989.

67. Elterman L. Atmospheric Attenuation Model 1964 in the Ultraviolet, Visible and Infrared Regions for Altitudes to 50 km. Enviromental Research Papers, 46, Report AFCRL, 1964.