оптика без проводов

Говорят, что кто владеет информацией, тот правит миром. Однако информацией не достаточно владеть, ее надо передавать из одной точки в другую. При этом объемы передаваемой информации, требования к скорости передачи данных растут быстрее, чем возможности существующих проводных (медных или волоконно-оптических) и беспроводных средств коммуникации. Во многих случаях прокладка кабельных линий либо невозможна, либо экономически нецелесообразна. Использование радиодиапазона также сопряжено со сложностями: ограниченность радиочастотного спектра приводит к его насыщенности и, как следствие, снижению помехозащищенности и производительности, к тому же необходимо проведение проектно-разрешительных мероприятий.

Одним из решений указанных проблем является использование беспроводных оптических коммуникаций на основе инфракрасного (не лицензируемого) диапазона частот. Технология беспроводной оптики — FSO (Free Space Optics) — была разработана еще в 70-х гг. теперь уже прошлого века для нужд военных и космических ведомств. К сегодняшнему дню она «демобилизовалась» и пришла в телекоммуникационную отрасль, достигнув внушительных результатов: технология FSO поддерживает соединения до уровня ОС-48 (2,5 Гбит/c) с максимальной дальностью до 10 километров, а некоторые производители заявляют скорость передачи данных до 10 Гбит/с и расстояние до 50 километров. Если развитие технологии пойдет такими темпами, то скоро единственной преградой для ее использования будет естественная кривизна Земли.
При таких характеристиках технологию передачи данных с помощью излучения в инфракрасном диапазоне можно определить как незаслуженно малоиспользуемый резерв традиционным каналам связи. Перечислю некоторые области, в которых применимы FSO-решения:
— организация «последней мили»;
— преодоление препятствий, таких как водная преграда, ж/д пути, автострады, парки;
— вспомогательные сетевые решения, служащие для увеличения пропускной способности и расширения охвата уже имеющейся сети;
— связь между вышками операторов сотовой связи;
— срочная организация аварийного канала связи.
Однако, наибольшего успеха беспроводная оптика достигла на рынке локальных сетей. Например, прекрасно зарекомендовали себя созданные по данной технологии выделенные линии между двумя узлами, обменивающимися большими объемами трафика и расположенными внутри крупного комплекса зданий, где доминируют сравнительно небольшие расстояния.
Принцип работы беспроводной оптики прост, как все гениальное. Сигналы из кабельной среды поступают на вход беспроводной оптики. С помощью лазерного диода или светодиода и оптики создается узконаправленный поток промодулированного электромагнитного излучения в инфракрасном (террагерцовом) диапазоне. Излучение, пройдя через атмосферу, попадает через оптику в приемник и возбуждает лавинный или кремниевый фотодиод. И далее на выход в кабельную среду. Все. Канал работает. Вопросы модуляции и демодуляции решаются в принципе также, как при работе волоконно-оптических систем. Разумеется, существуют факторы, негативно влияющие на работоспособность оптического канала: атмосферные явления (туман, дождь, снегопад), температурные флуктуации воздуха, естественное рассеивание сигнала в атмосфере, а также фоновые засветки за счет солнечного излучения рассеянного атмосферой и отраженного поверхностями, находящимися в пределах поля зрения фотоприемного устройства, приводящие к увеличению шума фотодетектора.
Наиболее влияющей на качество связи помехой является туман, который вызывает рассеяние луча во всех направлениях. В результате этого эффекта приемника достигает лишь небольшой процент переданного сигнала, то есть мощность излучения падает. Дождь менее сильно влияет на условия передачи данных с помощью беспроводных оптических систем за счет того, что размер дождевых капель больше размера капель воды тумана, поэтому вызванное дождем затухание сигнала в 100 раз меньше, чем из-за тумана.
Снег также приводит к рассеянию сигнала, однако его влияние определяется содержанием воды в нем. Реальное затухание сигнала, вызванное снегом, находится внутри диапазона затухания для дождя и для тумана.
Что касается последнего фактора — фоновой засветки — вероятность ее на самом-то деле крайне низка. Для этого место установки должно быть единственно возможным и ориентированным крайне неудачно — восток-запад. По опыту практически всегда есть возможность сместить приемник (повернуть канал) на несколько метров, что-либо вообще исключает возможность засветки, либо сводит ее время до 1-15, минуты.
Именно по вине перечисленных мной негативных факторов максимально возможное и рекомендованное рабочее расстояние гарантированной работы оптического канала существенно отличаются.
Но мне хотелось бы подчеркнуть следующие преимущества технологии инфракрасной оптической связи.
1. Организация канала не требует никаких проектно-изыскательских, разрешительно-лицензионных и сложных монтажных работ. Следовательно, стоимость вышеперечисленного можно из сметы вычеркнуть.
2. Абонентская плата отсутствует (канал-то ваш).
3. Создание, наращивание и изменение архитектуры сети похоже на перестановку в квартире.
4. Попробуйте для сравнения протянуть волоконно-оптический кабель через правительственную трассу или частные владения соседа.
5. Никаких помех от соседнего канала (радиоканала) и электромагнитного шума.
6. Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Любые попытки незаметно «скачать информацию» приведут к прекращению работы канала, что вызовет у вас, максимум, легкое беспокойство.
Тысячи инфракрасных оптических систем связи работают во всем мире, что подтверждает жизнеспособность технологии. А лавинно нарастающая потребность в обмене информацией, с одной стороны, и перегруженность существующих каналов, с другой — обеспечивают для индустрии FSO блестящее будущее. Дело за малым: преодолеть барьер недоверия и расчертить небо невидимыми инфракрасными лучами.

Евгений Виноградов