RU2574581C1

RU2574581C1 - Method of setting up access to data packet networks

Info

Publication number: RU2574581C1
Application number: RU2014134419/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Исфандеярович Аджалов; Татьяна Олеговна Иванова
Original assignee: Татьяна Олеговна Иванова
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: subscriber access point extracts from a network data packets addressed to subscribers of said point and information contained in the data packets is transmitted by a beam of electromagnetic radiation in the optical range with low angular divergence, said beam being transmitted to the receiving devices of subscribers with corresponding addresses, wherein spatial characteristics of the electromagnetic radiation beam are dynamically controlled by a dynamic hologram, using address information of data packets such that at the time of transmitting a specific data packet, the radiation beam is transmitted to the receiving device of the corresponding subscriber. The dynamic hologram is used to simultaneously dynamically control time characteristics of the electromagnetic radiation beam such that information contained in the data packets is transmitted by modulating the intensity of electromagnetic radiation beams directed to the receiving device of the corresponding subscriber by varying the diffraction efficiency of the reflection dynamic hologram.

EFFECT: providing dynamic control of spatial and time parameters of directed optical beams by generating dynamically controlled reflection holograms.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области оптической связи и предназначено для использования в сетях передачи данных.The invention relates to the field of optical communication and is intended for use in data networks.

Известны способы построения систем абонентского доступа к сетям передачи данных на основе волоконно-оптических систем связи (см., например, патент на изобретение РФ N2127489, МКИ H04B 10/12). В этих способах построения систем доступ абонентов к сети передачи данных осуществляют путем выделения из сети пакетов с адресами обслуживаемых абонентов, преобразования сигналов и их передачи по волоконно-оптическим кабелям, соединяющим соответствующие оптические приемники и передатчики со стороны пункта доступа и со стороны абонента.Known methods for constructing subscriber access systems to data networks based on fiber optic communication systems (see, for example, patent for the invention of the Russian Federation N2127489, MKI H04B 10/12). In these methods of constructing systems, subscribers access the data transmission network by extracting packets from the network with the addresses of the subscribers served, converting the signals and transmitting them through fiber-optic cables connecting the respective optical receivers and transmitters from the access point and the subscriber.

Основным недостатком подобных методов является высокая стоимость инсталляции и эксплуатации волоконно-оптической линии связи, недоступная рядовым абонентам.The main disadvantage of such methods is the high cost of installing and operating a fiber-optic communication line, inaccessible to ordinary subscribers.

Наиболее близким по технической сути к предложенному является способ организации доступа к сетям передачи пакетов данных, при котором в пункте абонентского доступа выделяют из сети пакеты данных, адресованные абонентам этого пункта, и передают информацию, содержащуюся в пакетах данных, при помощи пучка электромагнитного излучения оптического диапазона с малой угловой расходимостью, который направляют на приемные устройства абонентов с соответствующими адресами, при этом динамически управляют пространственными характеристиками пучка электромагнитного излучения при помощи динамической голограммы, используя адресную информацию пакетов данных таким образом, что на время передачи конкретного пакета данных направляют пучок излучения на приемное устройство соответствующего абонента (патент РФ №2197783, МКИ H04B 10/00).The closest in technical essence to the proposed one is a method of organizing access to data packet transmission networks, in which at the subscriber access point, data packets addressed to the subscribers of this point are extracted from the network and transmit information contained in the data packets using an optical range of electromagnetic radiation with a small angular divergence, which is sent to the receiving devices of subscribers with the corresponding addresses, while dynamically controlling the spatial characteristics of the beam and electromagnetic radiation by means of a dynamic hologram, using the address information of the data packet so that the transmission of a particular data packet directed radiation beam at the respective subscriber receiver (RF patent №2197783, MKI H04B 10/00).

В способе-прототипе предполагается использование динамических голограмм пропускающего типа со скоростями модуляции в единицы МГц, практические реализации которых, к сожалению, в настоящее время отсутствуют. При этом в прототипе пучок электромагнитного излучения с малой угловой расходимостью формируют при помощи источника излучения с непосредственной модуляцией. Такие источники излучения характеризуются малой выходной мощностью, что изначально ограничивает возможную дальность передачи расстояниями в сотни метров.In the prototype method, the use of dynamic holograms of a transmitting type with modulation rates of units of MHz is assumed, the practical implementation of which, unfortunately, is currently not available. Moreover, in the prototype, a beam of electromagnetic radiation with a small angular divergence is formed using a radiation source with direct modulation. Such radiation sources are characterized by low output power, which initially limits the possible transmission distance to distances of hundreds of meters.

Таким образом, основным недостатком этого способа является сложность его практической реализации в силу отсутствия в прототипе технических решений по реализации динамически управляемой голограммы, а также необходимости использования маломощных оптических лазеров, модулируемых по интенсивности.Thus, the main disadvantage of this method is the difficulty of its practical implementation due to the lack of technical solutions for implementing a dynamically controlled hologram in the prototype, as well as the need to use low-power intensity-modulated optical lasers.

Решаемая предлагаемым изобретением задача - обеспечение возможности практической реализации высокоскоростного доступа к сети Интернет при помощи безволоконной оптической связи.The problem solved by the invention is the possibility of practical implementation of high-speed Internet access using fiber-free optical communication.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении способа, - обеспечение динамического управления пространственными и временными параметрами направленных оптических пучков путем создания динамически управляемых отражательных голограмм.The technical result that can be achieved by the method is the provision of dynamic control of spatial and temporal parameters of directional optical beams by creating dynamically controlled reflective holograms.

Для решения поставленной задачи с достижением ожидаемого технического результата в известном способе организации доступа к сетям передачи пакетов данных, при котором в пункте абонентского доступа выделяют из сети пакеты данных, адресованные абонентам этого пункта, и передают информацию, содержащуюся в пакетах данных, при помощи пучка электромагнитного излучения оптического диапазона с малой угловой расходимостью, который направляют на приемные устройства абонентов с соответствующими адресами, при этом динамически управляют пространственными характеристиками пучка электромагнитного излучения при помощи динамической голограммы, используя адресную информацию пакетов данных таким образом, что на время передачи конкретного пакета данных направляют пучок излучения на приемное устройство соответствующего абонента, согласно предлагаемому изобретению при помощи динамической голограммы одновременно динамически управляют и временными характеристиками пучка электромагнитного излучения таким образом, что информацию, содержащуюся в пакетах данных, передают, модулируя по интенсивности пучок электромагнитного излучения, направленного на приемное устройство соответствующего абонента, путем изменения дифракционной эффективности отражательной динамической голограммы.To solve the problem with the achievement of the expected technical result in the known method of organizing access to data packet networks, in which at the subscriber access point, data packets addressed to the subscribers of this point are extracted from the network and transmit information contained in the data packets using an electromagnetic beam radiation of the optical range with a small angular divergence, which is sent to the receiving devices of subscribers with the corresponding addresses, while the space is dynamically controlled characteristics of the electromagnetic radiation beam using a dynamic hologram, using the address information of the data packets in such a way that the radiation beam is sent to the receiving device of the corresponding subscriber during the transmission of a particular data packet, according to the invention, using the dynamic hologram, the temporal characteristics of the electromagnetic radiation beam are simultaneously dynamically controlled so that the information contained in the data packets is transmitted by the modulator I the intensity of the electromagnetic radiation beam is directed at the respective subscriber receiver by changing the diffraction efficiency of the reflection of the dynamic hologram.

В предпочтительном варианте осуществления способа целесообразно, чтобы использовали пучок электромагнитного излучения с длиной волны в диапазоне 1.3-3.0 мкм, а его пространственными и временными характеристиками управляли путем отражения этого пучка от МОЭМС дисплея с размером пикселя от 0.1 до 0.23 мкм.In a preferred embodiment of the method, it is advisable that a beam of electromagnetic radiation with a wavelength in the range 1.3-3.0 μm be used, and its spatial and temporal characteristics be controlled by reflection of this beam from an MOEMS display with a pixel size of 0.1 to 0.23 μm.

МОЭМС - принятая в современном русском техническом языке калька с распространенного в зарубежной литературе сокращения MOEMS (Micro-Optical-Electro-Mechanical System). Разнообразные МОЭМС, применяемые для анализа, восприятия, обработки и передачи информации, представляют собой высокоэффективные оптико-электронные и микрозеркальные устройства, использующие пьезоэлектрические, электростатические, электромагнитные и электротермические микроприводы (актуаторы). Для данной задачи предлагается использовать т.н. МОЭМС дисплеи, которые в настоящее время используются только «по прямому назначению», именно как дисплеи для отображения планарной информации (двумерных изображений). На сегодняшний день производство МОЭМС дисплеев с размером пикселя менее 1 мкм отсутствует, но лишь потому, что пока не предполагалось использовать эти дисплеи в качестве отражательных динамических голограмм. Уровень микроминиатюризации в сотни нанометров уже давно достигнут современными производителями аналогичных устройств. При этом скорости переключения МОЭМС достигают единиц МГц даже при крупных (порядка 10 мкм) пикселях, при этом инерционность (суть размер) пикселя играют главную ограничительную роль.MOEMS - tracing paper adopted in the modern Russian technical language with the abbreviation MOEMS (Micro-Optical-Electro-Mechanical System) widely used in foreign literature. The various MOEMS used for the analysis, perception, processing and transmission of information are high-performance optoelectronic and micromirror devices using piezoelectric, electrostatic, electromagnetic and electrothermal micromotors (actuators). For this task, it is proposed to use the so-called. MOEMS displays that are currently used only "for their intended purpose", namely as displays for displaying planar information (two-dimensional images). To date, the production of MOEMS displays with a pixel size of less than 1 μm is absent, but only because it was not intended to use these displays as reflective dynamic holograms. The microminiaturization level of hundreds of nanometers has long been achieved by modern manufacturers of similar devices. In this case, the MOEMS switching rates reach units of MHz even with large (about 10 μm) pixels, while the inertia (in essence, the size) of the pixel plays the main limiting role.

Проведенный авторами анализ данных по прозрачности близких к поверхности земли слоев атмосферы в населенных пунктах, используемых и перспективных диапазонов длин волн систем открытой оптической связи, в увязке с предлагаемой высотой размещения базовых станций (на уровне не ниже существующих базовых станций GSM/LTE), а также целесообразной дальности охвата с сохранением приемлемого уровня надежности (в пределах 3 км), позволил определить предпочтительные длины волн используемого пучка электромагнитного излучения и, соответственно, размеры пикселей МОЭМС дисплея для формирования динамической голограммы необходимой разрешающей способности, а именно предпочтительный диапазон длин волн 1.3-3 мкм при размерах пикселей дисплея МОЭМС от 0.1 до 0.23 мкм.The authors conducted an analysis of data on the transparency of atmospheric layers close to the earth’s surface in populated areas, the used and prospective wavelength ranges of open optical communication systems, in conjunction with the proposed placement height of base stations (at a level not lower than existing GSM / LTE base stations), and appropriate coverage range while maintaining an acceptable level of reliability (within 3 km), allowed to determine the preferred wavelengths of the used electromagnetic radiation beam and, accordingly, the size s pixels of the MOEMS display for the formation of a dynamic hologram of the necessary resolution, namely, the preferred wavelength range of 1.3-3 microns with pixel sizes of the MOEMS display from 0.1 to 0.23 microns.

Также обратим внимание, что, согласно предложению, в качестве источника пучка электромагнитного излучения оптического диапазона с малой угловой расходимостью возможно использование не маломощных лазеров с непосредственной модуляцией, а лазеров непрерывного излучения, используемая мощность которых будет ограничена только применяемыми методами охлаждения отражательных голограмм.We also note that, according to the proposal, it is possible to use not low-power lasers with direct modulation, but continuous-wave lasers, the power of which will be limited only by the applied methods of cooling reflective holograms, as a source of a beam of optical radiation of the optical range with a small angular divergence.

Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен вариант системы доступа, построенной в соответствии с предпочтительным вариантом реализации предложенного способа. На чертеже и далее по тексту, как и в способе-прототипе, не приводятся пояснения к методу передачи информации от абонентов к пункту доступа, так как это не является принципиальным для достижения ожидаемого положительного эффекта.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a variant of an access system built in accordance with a preferred embodiment of the proposed method. In the drawing and later in the text, as in the prototype method, no explanation is given on the method of transmitting information from subscribers to the access point, since this is not fundamental to achieve the expected positive effect.

На чертеже схематически изображены: сеть передачи данных 1, устройство доступа к сети передачи данных 2, блок управления МОЭМС дисплеем 3, МОЭМС дисплей 4, источник электромагнитного излучения 5, приемные абонентские устройства - антенны 6 и абонентские терминалы 7.The drawing schematically shows: data network 1, access device to data network 2, control unit MOEMS display 3, MOEMS display 4, electromagnetic radiation source 5, receiving subscriber devices - antennas 6 and subscriber terminals 7.

Доступ к сети передачи данных 1 осуществляют через устройство доступа 2. Для потоков информации, направляемых из сети к абонентам, в устройстве 2 выделяют адресованные абонентам данного сектора обслуживания пакеты и разделяют передаваемую в этих пакетах информацию на два потока, а именно на адрес каждого пакета и собственно данные, направляемые данным пакетом по конкретному адресу, т.е. конкретному абоненту. И те, и другие данные направляют на блок управления МОЭМС дисплеем 3. Блок управления 3 сначала для каждого пакета формирует, сообразно адресу, свое распределение пикселей на дисплее 4, суть отражательную голограмму, направляющую излучение источника 5 на приемную антенну 6 соответствующего абонентского терминала 7. Затем блок 3, не меняя самого распределения пикселей на дисплее 4, изменяет дифракционную эффективность сформированной на дисплее 4 отражательной голограммы в соответствии с передаваемыми в пакете данными. Таким образом, пучок оптического излучения от источника 5, направленный при передаче конкретного пакета на конкретное устройство 6, получает модуляцию по интенсивности, передавая тем самым данные, содержащиеся в пакете.Access to the data transmission network 1 is carried out through access device 2. For information flows sent from the network to subscribers, in the device 2, packets addressed to the subscribers of this service sector are allocated and the information transmitted in these packets is divided into two streams, namely, the address of each packet and the data sent by this packet to a specific address, i.e. specific subscriber. Both those and other data are sent to the control unit MOEMS display 3. The control unit 3 first for each packet forms, according to the address, its pixel distribution on the display 4, is a reflective hologram directing the radiation of the source 5 to the receiving antenna 6 of the corresponding subscriber terminal 7. Then block 3, without changing the very distribution of pixels on the display 4, changes the diffraction efficiency of the reflective hologram formed on the display 4 in accordance with the data transmitted in the packet. Thus, the beam of optical radiation from the source 5, directed when transmitting a particular packet to a specific device 6, receives modulation in intensity, thereby transmitting the data contained in the packet.

Таким образом, использование предложенного способа позволяет обеспечить решение поставленной задачи с достижением ожидаемого технического результата.Thus, the use of the proposed method allows to provide a solution to the problem with the achievement of the expected technical result.

Claims

1. A method of organizing access to data packet transmission networks, in which at the subscriber access point data packets addressed to the subscribers of this point are extracted from the network and transmit information contained in the data packets using a beam of electromagnetic radiation of an optical range with a small angular divergence, which sent to the receiving devices of subscribers with the corresponding addresses, while dynamically controlling the spatial characteristics of the beam of electromagnetic radiation using a dynamic holog frames, using the address information of the data packets in such a way that the radiation beam is directed to the receiver of the corresponding subscriber during the transmission of a particular data packet, according to the invention, using the dynamic hologram, the temporal characteristics of the electromagnetic radiation beam are simultaneously dynamically controlled so that the information contained in data packets, transmit, modulating in intensity the beam of electromagnetic radiation directed to the receiving device with the respective subscriber by changing the diffraction efficiency of the reflective dynamic hologram.

2. The method according to claim 1, characterized in that a beam of electromagnetic radiation with a wavelength in the range of 1.3-3.0 μm is used, and its spatial and temporal characteristics are controlled by reflection of this beam from the MOEMS display with a pixel size of 0.1 to 0.23 μm.