RU2752790C1 - Method and apparatus for multi-channel reception and transmission of optical signals based on forming sector directivity patterns and azimuth tracking system - Google Patents

Method and apparatus for multi-channel reception and transmission of optical signals based on forming sector directivity patterns and azimuth tracking system Download PDF

Info

Publication number
RU2752790C1
RU2752790C1 RU2020132015A RU2020132015A RU2752790C1 RU 2752790 C1 RU2752790 C1 RU 2752790C1 RU 2020132015 A RU2020132015 A RU 2020132015A RU 2020132015 A RU2020132015 A RU 2020132015A RU 2752790 C1 RU2752790 C1 RU 2752790C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
azimuth
sector
transmitting
transmission
Prior art date
Application number
RU2020132015A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Рудольфович Кузичкин
Глеб Сергеевич Васильев
Дмитрий Игоревич Суржик
Сергей Александрович Лазарев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority to RU2020132015A priority Critical patent/RU2752790C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2752790C1 publication Critical patent/RU2752790C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40Transceivers

Abstract

FIELD: communication equipment.
SUBSTANCE: invention relates to optical communication equipment and can be used as part of multi-channel mobile systems for wireless information transmission by means of ultraviolet radiation. To realise the described result, a sector directivity pattern of the reception and transmission module of the multi-channel mobile wireless optical communication system is formed at mobile and stationary subscriber sites of the network. The apparatus constitutes a structure of a reception and transmission module made in the form of a spherical sector containing at least one lower tier with M faces located at different angles to the vertical, with cells for accommodation of M optical transmitters providing a sector directivity pattern for propagation of transmitted light rays in the required range of angles by azimuth; at least one upper tier with N faces at the base, also located at different angles to the vertical and containing cells for accommodation of N optical receivers. The position of the reception and transmission module is adjusted by azimuth using an azimuth tracking system by the maximum of the effective signal, including a direction finding apparatus, a low-pass filter (LPF), and an actuator.
EFFECT: reducing equipment costs by reducing the amount of channels for transmission and reception of optical signals while maintaining the reliability and distance of communication in the mode of absence of direct visibility between subscribers of the network during movement and rotation of mobile communication nodes.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области оптико-электронных систем и может быть использовано в лазерных (оптических) системах связи с динамической структурой, в том числе при использовании оптических каналов связи в сетях с подвижными абонентскими станциями.The invention relates to the field of optoelectronic systems and can be used in laser (optical) communication systems with a dynamic structure, including when using optical communication channels in networks with mobile subscriber stations.

Известен способ организации доступа к сети передачи пакетов данных, основанный на непосредственной перестройке пучка излучения лазерного передающего устройства в направлении соответствующего приемного устройства. Недостатком способа является сложность юстировки и, соответственно, возможность потери части передаваемой информации абонентами (приемными устройствами), обусловленной рассогласованием ориентации приемной и передающей оптических антенн (особенно в подвижной линии связи) [Патент РФ № 21977783, Россия, опубликован 27.03.2003]. A known method of organizing access to a network for transmitting data packets is based on direct restructuring of the radiation beam of a laser transmitting device in the direction of the corresponding receiving device. The disadvantage of this method is the complexity of alignment and, accordingly, the possibility of losing part of the transmitted information by subscribers (receiving devices) due to the misalignment of the orientation of the receiving and transmitting optical antennas (especially in the mobile communication line) [RF Patent No. 21977783, Russia, published 03/27/2003].

Также известен способ многоканальной передачи оптических сигналов с использованием дублирования основного оптического канала дополнительными оптическими каналами [Патент РФ №2459271, Опуб. 20.08.2012]. В данном способе устанавливают лазерные приемные устройства на удалении с расположением в стороне относительно рассматриваемой оси распространения пучка излучения передающего лазерного средства. При этом приемные устройства осуществляют прием рассеянного атмосферой излучения передающего лазерного устройства. Для этого приемные антенны лазерных приемных устройств ориентируют в направлении оси пучка передающего лазерного устройства, а передаваемую лазерным передающим устройством информацию выделяют каждым из лазерных приемных устройств по изменению величины амплитуды переднего и заднего фронтов выходного импульса фотоприемника. Устойчивость передачи информации нескольким абонентам осуществляется за счет дублирования основного оптического канала дополнительными каналами менее критичными к ориентации диаграмм направленности оптических антенн. При этом в способе многоканальной передачи оптических сигналов, основанном на нацеливании потока излучения лазерного передающего устройства в направлении одного из N лазерных приемных устройств, дополнительно устанавливают N-1 лазерные приемные устройства на удалении с расположением в стороне относительно рассматриваемой оси распространения пучка излучения передающего лазерного средства. При этом ширина диаграммы направленности приемного устройства намного шире длительности передаваемого импульса и диаметра сечения лазерного пучка, что позволяет им осуществлять прием рассеянного атмосферой излучения передающего лазерного устройства. Приемные антенны N-1 лазерных приемных устройств ориентируют в направлении оси пучка передающего лазерного устройства, а передаваемую лазерным передающим устройством информацию выделяют каждым из N-1 лазерным приемным устройством по изменению величины амплитуды переднего и заднего фронтов выходного импульса фотоприемника.Also known is a method for multichannel transmission of optical signals using duplication of the main optical channel with additional optical channels [RF Patent No. 2459271, Pub. 20.08.2012]. In this method, the laser receivers are installed at a distance with the location to the side relative to the considered axis of propagation of the radiation beam of the transmitting laser means. In this case, the receiving devices receive the radiation scattered by the atmosphere from the transmitting laser device. For this purpose, the receiving antennas of the laser receiving devices are oriented in the direction of the beam axis of the transmitting laser device, and the information transmitted by the laser transmitting device is extracted by each of the laser receiving devices according to the change in the amplitude of the leading and trailing edges of the output pulse of the photodetector. The stability of information transmission to several subscribers is carried out due to the duplication of the main optical channel with additional channels that are less critical to the orientation of the directional patterns of optical antennas. In this case, in the method of multichannel transmission of optical signals based on aiming the radiation flux of the laser transmitter in the direction of one of the N laser receivers, N-1 laser receivers are additionally installed at a distance with the location to the side relative to the considered axis of propagation of the radiation beam of the transmitting laser means. In this case, the width of the radiation pattern of the receiving device is much wider than the duration of the transmitted pulse and the diameter of the section of the laser beam, which allows them to receive radiation from the transmitting laser device scattered by the atmosphere. The receiving antennas of the N-1 laser receiving devices are oriented in the direction of the beam axis of the transmitting laser device, and the information transmitted by the laser transmitting device is extracted by each of the N-1 laser receiving devices by changing the amplitude of the leading and trailing edges of the output pulse of the photodetector.

Недостатком данного способа является невозможность устойчивой передачи информации в случае мобильных систем связи, когда приемное устройство перемещается в сторону относительно направления распространения оптического излучения передающего устройства. Кроме того, возможна потеря связи ввиду потери (отсутствия) прямого оптического канала между передатчиком и приемником. Это характерно для подвижных сетей с динамической структурой. Кроме того, при движении объекта в подвижных сетях связи с одним излучающим светодиодом с узким углом рассеяния, приём становится практически невозможным. The disadvantage of this method is the impossibility of stable transmission of information in the case of mobile communication systems, when the receiving device is moved to the side relative to the direction of propagation of the optical radiation of the transmitting device. In addition, a loss of communication is possible due to the loss (absence) of a direct optical channel between the transmitter and the receiver. This is typical for mobile networks with a dynamic structure. In addition, when an object moves in mobile communication networks with a single emitting LED with a narrow scattering angle, reception becomes almost impossible.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ многоканальной передачи оптических сигналов и устройство для его осуществления [Патент РФ №2719548, Опуб. 21.04.2020]. В данном способе на мобильных и стационарных абонентских пунктах сети происходит формирование круговой диаграммы направленности приемо-передающего модуля многоканальной мобильной системы беспроводной оптической связи. Наличие нескольких оптических каналов передачи и приема при круговом расположении оптических передатчиков и приемников позволяет обеспечить надежную связь в режиме отсутствия прямой видимости между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи, а также увеличить ее дальность и чувствительность приемных каналов за счет сужения углов излучения оптических передатчиков и углов зрения оптических приемников. Для обеспечения надежной связи между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи необходимое число передатчиков и приемников определяется из условий полного покрытия по азимуту. Указанный способ заключается в нацеливании потока излучения от NT оптического передающего устройства в направлении одного из NR оптических приемных устройств, установленных в соответствии с круговым расположением, число которых выбирают исходя из условий полного покрытия по азимуту в соответствии с выражениемThe closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of multichannel transmission of optical signals and a device for its implementation [RF Patent No. 2719548, Pub. 04/21/2020]. In this method, at the mobile and stationary subscriber stations of the network, a circular radiation pattern of the transceiver module of the multichannel mobile wireless optical communication system is formed. The presence of several optical transmission and reception channels with a circular arrangement of optical transmitters and receivers allows to ensure reliable communication in the absence of line of sight between network subscribers when moving and turning mobile communication nodes, as well as to increase its range and sensitivity of receiving channels by narrowing the radiation angles of optical transmitters and angles of view of optical receivers. To ensure reliable communication between network subscribers when moving and turning mobile communication nodes, the required number of transmitters and receivers is determined from the conditions of full azimuth coverage. The specified method consists in aiming the radiation flux from the N T optical transmitting device in the direction of one of the N R optical receiving devices installed in accordance with a circular arrangement, the number of which is selected based on the conditions of full coverage in azimuth in accordance with the expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где φT,R - ширина диаграммы направленности оптического передающего и оптического приемного устройства, а углы места оптического передающего и оптического приемного устройства выбирают из условий огибания препятствий рельефа для обеспечения связи в режиме отсутствия прямой видимости. Вариант устройства, реализующего данный способ беспроводной передачи информации посредством ультрафиолетового излучения, представляет собой конструкцию приемо-передающего модуля, близкую к полусферической, которая в поперечном сечении представляет собой многоярусную усеченную пирамиду. Данное устройство формирования диаграммы направленности отличается использованием нескольких нижних ярусов конструкции, располагающихся под малыми и большими углами возвышения к горизонтали и имеющими по несколько граней в основании для размещения в них оптических передатчиков, обеспечивающих круговую диаграмму направленности для распространения передаваемых световых лучей; а также использованием нескольких верхних ярусов конструкции, которые также располагаются под малыми и большими углами возвышения к горизонтали и имеют по несколько граней в основании для размещения в них оптических приемников, обеспечивающих круговую диаграмму направленности для всенаправленного приема передаваемых световых лучей.where φ T, R is the width of the directional pattern of the optical transmitting and optical receiving device, and the elevation angles of the optical transmitting and optical receiving device are selected from the conditions for avoiding terrain obstacles to ensure communication in the absence of line of sight. A variant of the device that implements this method of wireless transmission of information by means of ultraviolet radiation is the design of the transceiver module, which is close to hemispherical, which in cross section is a multi-tiered truncated pyramid. This beamforming device is characterized by the use of several lower tiers of the structure, located at small and large elevation angles to the horizontal and having several edges at the base for placing optical transmitters in them, providing a circular radiation pattern for the propagation of transmitted light rays; as well as the use of several upper tiers of the structure, which are also located at small and large elevation angles to the horizontal and have several edges at the base for placing optical receivers in them, providing a circular radiation pattern for omnidirectional reception of transmitted light beams.

Недостатком данного способа и устройства, его реализующего, являются большие аппаратные затраты, связанные с необходимостью создания круговой диаграммы передатчиков и круговой диаграммы приемников. Данный недостаток особенно критичен для устройств оптической связи УФ-С диапазона от 200 нм до 280 нм, требующих применения редких и дорогостоящих оптических компонентов. The disadvantage of this method and the device that implements it is the high hardware costs associated with the need to create a pie chart of transmitters and a pie chart of receivers. This drawback is especially critical for optical communication devices in the UV-C range from 200 nm to 280 nm, requiring the use of rare and expensive optical components.

Задача группы изобретений направлена на устранение недостатков прототипа.The task of the group of inventions is aimed at eliminating the shortcomings of the prototype.

Техническим результатом изобретения является уменьшение количества каналов передачи и приема оптических сигналов при сохранении надежности и дальности связи в режиме отсутствия прямой видимости между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи, что позволяет сократить аппаратные затраты. The technical result of the invention is to reduce the number of channels for transmitting and receiving optical signals while maintaining the reliability and communication range in the absence of line of sight between network subscribers when moving and turning mobile communication nodes, which reduces hardware costs.

Технический результат достигается за счет того, что на мобильных и стационарных абонентских пунктах сети производят формирование секторной диаграммы направленности приемо-передающего модуля многоканальной мобильной системы беспроводной оптической связи. Наличие нескольких оптических каналов передачи и приема при секторном расположении оптических передатчиков и приемников позволяет обеспечить надежную связь в режиме отсутствия прямой видимости между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи, при этом сохранить ее дальность и чувствительность приемных каналов за счет сужения углов излучения оптических передатчиков и углов зрения оптических приемников (фиг.1). Настройку положения приемо-передающего модуля по азимуту осуществляют с помощью угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала (Фиг. 2).The technical result is achieved due to the fact that at the mobile and stationary subscriber stations of the network, the formation of the sector radiation pattern of the transceiver module of the multichannel mobile wireless optical communication system is performed. The presence of several optical transmission and reception channels with a sectoral arrangement of optical transmitters and receivers makes it possible to ensure reliable communication in the absence of line of sight between network subscribers when moving and turning mobile communication nodes, while maintaining its range and sensitivity of receiving channels by narrowing the radiation angles of optical transmitters and angles of view of optical receivers (Fig. 1). Adjustment of the position of the transceiver module in azimuth is carried out using a goniometric tracking system for the maximum of the useful signal (Fig. 2).

Предложенный способ многоканальной приемо-передачи оптических сигналов, включающий нацеливание потока излучения NT оптического передающего устройства в направлении одного из NR оптического приемного устройства, содержит следующие новые признаки: The proposed method for multichannel reception and transmission of optical signals, including aiming the radiation flux N T of the optical transmitter in the direction of one of the N R optical receiver, contains the following new features:

- устанавливают NT оптических передающих устройств и NR оптических приемных устройств в соответствии с секторным расположением в горизонтальной проекции канала по сектору окружности для формирования секторной диаграммы направленности приемо-передающего модуля многоканальной мобильной системы беспроводной оптической связи, причем число оптических устройств выбирают в соответствии с выражением- set N T optical transmitting devices and N R optical receiving devices in accordance with the sectoral arrangement in the horizontal projection of the channel along the sector of the circle to form a sector radiation pattern of the receiving-transmitting module of a multichannel mobile wireless optical communication system, and the number of optical devices is selected in accordance with the expression

NT,R = ΔθT,RT,R, (1)N T, R = Δθ T, R / φ T, R , (1)

где ΔθT,R – диапазон азимутальных углов совокупности оптических передающих и оптических приемных устройств, φT,R – ширина диаграммы направленности оптического передающего и оптического приемного устройства;where Δθ T, R is the range of azimuthal angles of the set of optical transmitting and optical receiving devices, φ T, R is the width of the radiation pattern of the optical transmitting and optical receiving device;

- настройку положения приемо-передающего модуля по азимуту осуществляют с помощью угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала в пеленгационном устройстве, которое вырабатывает сигнал, характеризующий отклонение источника сигнала (ИС) от равносигнального направления (РСН) для чего входное излучение подают на солнечно-слепой фильтр, где осуществляется блокировка побочного солнечного излучения, затем полезный сигнал подают на вход оптического приемника и усиливают в усилителе, далее сформированный сигнал фильтруют в фильтре нижних частот и направляют на исполнительный элемент для компенсации азимутального отклонения ИС от РСН. - adjustment of the position of the receiving-transmitting module in azimuth is carried out using a goniometric tracking system for the maximum of the useful signal in the direction finding device, which generates a signal characterizing the deviation of the signal source (IS) from the equisignal direction (RSN) for which the input radiation is fed to the sun-blind filter , where blocking of side solar radiation is carried out, then the useful signal is fed to the input of the optical receiver and amplified in the amplifier, then the generated signal is filtered in a low-pass filter and sent to the actuator to compensate for the azimuthal deviation of the IC from the PCH.

Для реализации заявленного способа предложено устройство многоканальной передачи оптических сигналов, представляющее собой конструкцию приемо-передающего модуля выполненную в форме сферического сектора, содержащего как минимум один нижний ярус, имеющий М граней, расположенных под разными углами к вертикали с ячейками для размещения в них M оптических оптических передающих устройств, обеспечивающих секторную диаграмму направленности для распространения передаваемых световых лучей в требуемом диапазоне углов по азимуту, как минимум один верхний ярус, имеющий N граней в основании, также расположенных под разными углами к вертикали и содержит ячейки для размещения в них N оптических передающих устройств, при этом настройку положения приемо-передающего модуля по азимуту осуществляют с помощью угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала, включающей пеленгационное устройство, фильтр нижних частот (ФНЧ) и исполнительное устройство.To implement the claimed method, a device for multichannel transmission of optical signals is proposed, which is a design of a transceiver module made in the form of a spherical sector containing at least one lower tier having M faces located at different angles to the vertical with cells for placing M optical optical transmitting devices providing a sector radiation pattern for the propagation of transmitted light beams in the required range of angles in azimuth, at least one upper tier having N edges at the base, also located at different angles to the vertical and containing cells for placing N optical transmitting devices in them, in this case, the azimuth adjustment of the position of the transceiver module is carried out using a goniometric tracking system for the maximum of the useful signal, including a direction finding device, a low-pass filter (LPF) and an actuator.

При этом число NT оптических передающих устройств и NR оптических приемных устройств выбирают в соответствии с выражением по формуле (1)In this case, the number N T optical transmitting devices and N R optical receiving devices are selected in accordance with the expression according to the formula (1)

Компенсацию азимутального отклонения источника сигнала от равносигнального направления осуществляют с помощью угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала, содержащее пеленгационное устройство, фильтр нижних частот (ФНЧ) и исполнительное устройство. Пеленгационное устройство включает солнечно-слепой фильтр, оптический приемник и усилитель.Compensation for azimuthal deviation of the signal source from the equal-signal direction is carried out using a goniometric tracking system for the maximum of the useful signal, containing a direction finding device, a low-pass filter (LPF) and an actuator. The direction finding device includes a sun-blind filter, an optical receiver and an amplifier.

Изобретение характеризуют следующие графические изображения.The invention is characterized by the following graphical representations.

Фиг.1 - вертикальная хOу и горизонтальная хОz проекции канала в режиме отсутствия прямой видимости при секторном расположении оптических передатчиков и приемников.Fig. 1 - vertical xOy and horizontal xOz projections of the channel in the non-line-of-sight mode with the sectoral arrangement of optical transmitters and receivers.

Фиг.2 - Схема угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала.Fig. 2 - Diagram of the goniometric tracking system for the maximum of the useful signal.

Фиг.3 — изображение приемо-передающего модуля для многоканальных мобильных систем беспроводной ультрафиолетовой связи, реализующего заявляемый способ.Fig. 3 is an image of a transceiver module for multichannel mobile wireless ultraviolet communication systems that implements the inventive method.

На фиг. 1 показана вертикальная хOу и горизонтальная хОz проекции канала в режиме отсутствия прямой видимости при секторном расположении оптических передатчиков и приемников. Где

Figure 00000002
– передающий модуль,
Figure 00000003
– приемный модуль,
Figure 00000004
– расстояние между передающим и приемным модулями,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
, ψT,R – угол места, ширина диаграммы направленности и азимут соответственно, индекс T относится к передатчику, индекс R – к приемнику,
Figure 00000007
– угол рассеяния,
Figure 00000008
– общий объем диаграмм направленности передатчика и приемника,
Figure 00000009
– расстояние от передатчика и приемника до центра области V, rT,R - расстояние от препятствия до передатчика и приемника соответственно. Отдельные оптические передатчики передающего модуля S1… SNT и отдельные оптические приемники приемного модуля R1… RNR расположены в горизонтальной проекции канала по сектору окружности и показаны точками (не в масштабе, расстояния между любыми отдельными передатчиками и любыми отдельными приемниками <<r). Для обеспечения надежной связи между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи необходимое число передатчиков NT и необходимое число приемников NR определяют из условий полного покрытия сектора с требуемой шириной по азимуту ΔθT,R: , по формуле (1)FIG. 1 shows the vertical xOy and horizontal xOz projections of the channel in the non-line-of-sight mode with the sectoral arrangement of optical transmitters and receivers. Where
Figure 00000002
- transmitting module,
Figure 00000003
- receiving module,
Figure 00000004
- the distance between the transmitting and receiving modules,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
, ψ T, R - elevation angle, beam width and azimuth, respectively, index T refers to the transmitter, index R - to the receiver,
Figure 00000007
- scattering angle,
Figure 00000008
- the total volume of the radiation patterns of the transmitter and receiver,
Figure 00000009
Is the distance from the transmitter and receiver to the center of the region V, r T, R is the distance from the obstacle to the transmitter and receiver, respectively. The individual optical transmitters of the S 1 ... S NT transmitter module and the individual optical receivers of the R 1 ... R NR receiver module are located in the horizontal projection of the channel along a sector of the circle and are shown by dots (not to scale, distances between any individual transmitters and any individual receivers << r) ... To ensure reliable communication between network subscribers when moving and turning mobile communication nodes, the required number of transmitters N T and the required number of receivers N R are determined from the conditions of full coverage of the sector with the required width in azimuth Δθ T, R :, according to the formula (1)

Схема угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала для настройки положения приемо-передающего модуля по азимуту показана на фиг. 2. В ее состав входят: пеленгационное устройство, фильтр нижних частот (ФНЧ) и исполнительное устройство. The diagram of the goniometric tracking system for the maximum of the useful signal for adjusting the position of the transceiver module in azimuth is shown in Fig. 2. It consists of a direction-finding device, a low-pass filter (LPF) and an actuator.

Пеленгационное устройство вырабатывает сигнал, характеризующий отклонение источника сигнала (ИС) от равносигнального направления (РСН) следующим образом: входное излучение проходит через солнечно-слепой фильтр, блокирующий побочное солнечное излучение и пропускающий полезный сигнал. Сигнал с выхода солнечно-слепого фильтра подают на вход оптического приемника (ОПРМ), который представляет собой фотодиод, массив фотодиодов или фотоэлектронный умножитель, и затем в усилитель У. Усиленный полезный сигнал после фильтрации в ФНЧ подают на исполнительный элемент (ИЭ), поворачивающий приемо-передающий модуль по азимуту на угол, компенсирующий азимутальное отклонение ИС от РСН. The direction finding device generates a signal characterizing the deviation of the signal source (IS) from the equisignal direction (RCH) as follows: the input radiation passes through a sun-blind filter that blocks the incident solar radiation and transmits the useful signal. The signal from the output of the sun-blind filter is fed to the input of an optical receiver (OPRM), which is a photodiode, an array of photodiodes or a photomultiplier tube, and then to an amplifier V. - transmitting module in azimuth at an angle that compensates for the azimuthal deviation of the IC from the RSL.

Устройство, реализующее данный способ, представляет собой конструкцию приемо-передающего модуля в форме сферического сектора (фиг.3). A device that implements this method is a design of a transceiver module in the form of a spherical sector (Fig. 3).

Предложенное устройство характеризуется использованием как минимум одного яруса оптических передатчиков и как минимум одного яруса оптических приемников, обеспечивающих формирование секторной диаграммы направленности для приема передаваемых световых лучей в требуемом диапазоне углов по азимуту, а также угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала для настройки положения приемо-передающего модуля по азимуту. The proposed device is characterized by the use of at least one tier of optical transmitters and at least one tier of optical receivers, which ensure the formation of a sector radiation pattern for receiving transmitted light beams in the required range of angles in azimuth, as well as a goniometric tracking system for the maximum useful signal to adjust the position of the transmitting and receiving module in azimuth.

Нижний ярус 1 конструкции модуля имеет M граней в основании, расположенных под разными углами к вертикали с угловым шагом ΔθT,R/NT,R и содержащих ячейки 2 для размещения в них M оптических передающих устройств, обеспечивающих секторную диаграмму направленности для распространения передаваемых световых лучей в диапазоне углов по азимуту в соответствии с формулой (1). Второй ярус 3 конструкции имеет по N граней в основании, также расположенных под разными углами к вертикали и содержащих ячейки 4 для размещения в них N оптических приемных устройств, обеспечивающих надежный прием передаваемых световых лучей в требуемом диапазоне углов по азимуту, как при наличии, так и при отсутствии прямой видимости между передатчиком и приемником. The lower tier 1 of the module structure has M faces at the base, located at different angles to the vertical with an angular step Δθ T, R / N T, R and containing cells 2 for placing M optical transmitting devices in them, providing a sector radiation pattern for the propagation of transmitted light rays in the range of angles in azimuth in accordance with the formula (1). The second tier 3 of the structure has N edges at the base, also located at different angles to the vertical and containing cells 4 for placing N optical receivers in them, ensuring reliable reception of the transmitted light rays in the required range of angles in azimuth, both in the presence and if there is no line of sight between the transmitter and the receiver.

Таким образом, реализация заявленного способа на заявленном устройстве для его осуществления позволяет сократить аппаратные затраты на создание многоканальной системы оптической связи за счет уменьшения количества каналов передачи и приема оптических сигналов при сохранении надежности и дальности связи в режиме отсутствия прямой видимости между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи. Уменьшение стоимостных и массогабаритных показателей системы оптической связи расширяет возможности ее применения на стационарных и, главным образом, мобильных объектах. Следовательно, предложенный способ решает поставленную задачу по устранению недостатков прототипа, особенно проявляющихся при организации подвижной линии оптической связи, в том числе и в УФ-С диапазоне.Thus, the implementation of the claimed method on the claimed device for its implementation allows to reduce hardware costs for creating a multichannel optical communication system by reducing the number of transmission and reception channels of optical signals while maintaining the reliability and communication range in the absence of line of sight between network subscribers when moving and turning mobile communication centers. Reducing the cost and weight and dimensions of an optical communication system expands the possibilities of its use at stationary and, mainly, mobile objects. Consequently, the proposed method solves the problem posed to eliminate the shortcomings of the prototype, especially when organizing a mobile optical communication line, including in the UV-C range.

Claims (4)

1. Способ многоканальной передачи оптических сигналов, заключающийся в нацеливании потока излучения оптического передающего устройства в направлении одного из NR оптических приемных устройств, отличающийся тем, что отдельные NT оптические передающие устройства и NR оптические приемные устройства устанавливают в соответствии с секторным расположением в горизонтальной проекции канала по сектору окружности для формирования секторной диаграммы направленности приемо-передающего модуля многоканальной мобильной системы беспроводной оптической связи, причем число устройств выбирают в соответствии с выражением 1. A method for multichannel transmission of optical signals, which consists in aiming the radiation flux of an optical transmitter in the direction of one of the N R optical receivers, characterized in that the individual N T optical transmitters and N R optical receivers are set in accordance with the sectoral arrangement in the horizontal channel projection along a sector of a circle to form a sector radiation pattern of a transceiver module of a multichannel mobile wireless optical communication system, and the number of devices is selected in accordance with the expression NT,R = ΔθT,R / φT,R,N T, R = Δθ T, R / φ T, R , где ΔθT,R – диапазон азимутальных углов совокупности оптических передающих и оптических приемных устройств, φT,R – ширина диаграммы направленности оптического передающего и оптического приемного устройств, а настройку положения приемо-передающего модуля по азимуту осуществляют с помощью угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала, для чего входное излучение подают на пеленгационное устройство, где солнечно-слепой фильтр осуществляет блокировку побочного солнечного излучения, затем полезный сигнал подают на вход оптического приемника и усиливают в усилителе, далее сформированный в пеленгационном устройстве сигнал фильтруют в фильтре нижних частот и направляют на исполнительный элемент для компенсации азимутального отклонения источника сигнала от равносигнального направления.where Δθ T, R is the range of azimuthal angles of the set of optical transmitting and optical receiving devices, φ T, R is the width of the radiation pattern of the optical transmitting and optical receiving devices, and the azimuth position of the receiving-transmitting module is adjusted using a goniometric tracking system to the maximum useful signal, for which the input radiation is fed to the direction finding device, where the sun-blind filter blocks the incidental solar radiation, then the useful signal is fed to the input of the optical receiver and amplified in the amplifier, then the signal formed in the direction finding device is filtered in a low-pass filter and sent to the executive element for compensating the azimuthal deviation of the signal source from the equisignal direction. 2. Устройство многоканальной передачи оптических сигналов по способу п. 1, представляющее собой конструкцию приемо-передающего модуля в форме сферического сектора, содержащего как минимум один нижний ярус, имеющий М граней, расположенных под разными углами к вертикали, с ячейками для размещения в них M оптических передающих устройств, обеспечивающих секторную диаграмму направленности для распространения передаваемых световых лучей в требуемом диапазоне углов по азимуту, как минимум один верхний ярус, имеющий N граней в основании, также расположенных под разными углами к вертикали и содержащих ячейки для размещения в них N оптических приемных устройств, при этом настройку положения приемо-передающего модуля по азимуту осуществляют с помощью угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала, включающей пеленгационное устройство, фильтр нижних частот и исполнительное устройство. 2. A device for multichannel transmission of optical signals according to the method of claim 1, which is a design of a transceiver module in the form of a spherical sector containing at least one lower tier having M faces located at different angles to the vertical, with cells for placing M optical transmitting devices providing a sector radiation pattern for the propagation of transmitted light beams in the required range of angles in azimuth, at least one upper tier having N faces at the base, also located at different angles to the vertical and containing cells for placing N optical receivers in them , in this case, the adjustment of the position of the transceiving module in azimuth is carried out using a goniometric tracking system for the maximum of the useful signal, including a direction finding device, a low-pass filter and an actuator.
RU2020132015A 2020-09-29 2020-09-29 Method and apparatus for multi-channel reception and transmission of optical signals based on forming sector directivity patterns and azimuth tracking system RU2752790C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132015A RU2752790C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Method and apparatus for multi-channel reception and transmission of optical signals based on forming sector directivity patterns and azimuth tracking system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132015A RU2752790C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Method and apparatus for multi-channel reception and transmission of optical signals based on forming sector directivity patterns and azimuth tracking system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2752790C1 true RU2752790C1 (en) 2021-08-05

Family

ID=77226253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020132015A RU2752790C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Method and apparatus for multi-channel reception and transmission of optical signals based on forming sector directivity patterns and azimuth tracking system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2752790C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001005072A1 (en) * 1999-07-08 2001-01-18 Quantumbeam Limited Signalling system
RU2197783C2 (en) * 2001-03-15 2003-01-27 Аджалов Владимир Исфандеярович Method for organizing access to data burst transmission networks
WO2006032221A1 (en) * 2004-09-23 2006-03-30 Airbus Deutschland Gmbh Indirect optical free-space communications system and method for the broadband transmission of high-speed data
RU2313180C2 (en) * 2005-12-30 2007-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Проксима" Method and device for transceiving information
RU2459271C2 (en) * 2010-05-17 2012-08-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for multichannel transmission of optical signals
RU2719548C1 (en) * 2019-04-02 2020-04-21 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звукотехника" Method of multichannel optical signal transmission and device for its implementation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001005072A1 (en) * 1999-07-08 2001-01-18 Quantumbeam Limited Signalling system
RU2197783C2 (en) * 2001-03-15 2003-01-27 Аджалов Владимир Исфандеярович Method for organizing access to data burst transmission networks
WO2006032221A1 (en) * 2004-09-23 2006-03-30 Airbus Deutschland Gmbh Indirect optical free-space communications system and method for the broadband transmission of high-speed data
RU2313180C2 (en) * 2005-12-30 2007-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Проксима" Method and device for transceiving information
RU2459271C2 (en) * 2010-05-17 2012-08-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for multichannel transmission of optical signals
RU2719548C1 (en) * 2019-04-02 2020-04-21 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звукотехника" Method of multichannel optical signal transmission and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6959316B2 (en) High-speed free space optical communication
EP1952562B1 (en) Acquisition, pointing, and tracking architecture for laser communication
US11336373B2 (en) Co-prime optical transceiver array
US20040141753A1 (en) Apparatus and method for tracking in free-space optical communication systems
US7292788B2 (en) Multi-beam laser communications system and method
CN102857294B (en) Method and device for suppressing signal fading in laser communication from ground to GEO (geosynchronous) satellite
TW201528703A (en) Diverged-beam communications system
US11658742B2 (en) System for multi-channel, diverged-beam optical wireless communication
US11381314B2 (en) Free space optical communication systems and methods for QOS control
CN103414519B (en) Light control microwave beam shaper
CN110739994B (en) Free space optical communication link establishing method
US11909439B2 (en) Wavefront sensor with inner detector and outer detector
US11606146B2 (en) Wide aperture optical communications
JP2023503843A (en) Apparatus and method for optical communication with remote node
RU2752790C1 (en) Method and apparatus for multi-channel reception and transmission of optical signals based on forming sector directivity patterns and azimuth tracking system
CN102185652A (en) Wireless laser communication transmission method and system
US10148362B2 (en) Coherently-combined multiple apertures
US7292789B1 (en) Multi-channel wide-field laser communications method and apparatus
RU2719548C1 (en) Method of multichannel optical signal transmission and device for its implementation
Egarguin et al. Adaptive beamforming using scattering from a drone swarm
US20230091751A1 (en) Multi-link optical terabit terminal
WO2022016975A1 (en) Light emission apparatus, optical communication system, and optical communication method
CN115480260A (en) Laser radar and intelligent induction equipment
KR102640320B1 (en) Optical phased array lidar based on line-beam scanning
EP3739686A1 (en) Rf lens device for improving directivity of antenna array, and transmitting and receiving antenna system comprising same

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211209

Effective date: 20211209