Расчет беспроводных оптических систем. Заметки прохожего.

Автор: Александр Клоков, MicroMax Computer Intelligence, Inc.

Беспроводные оптические линии связи (БОЛС) в последнее время являются объектом пристального внимания операторов связи и администраторов корпоративных сетей. Эволюция систем беспроводной передачи данных идет в направлении постоянного увеличения пропускной способности. И, как в свое время волоконная оптика разрешила проблемы высокоскоростной передачи в кабельных сетях, так в настоящее время в беспроводных сетях уже можно констатировать свершение новой технологической революции. Интересным фактом здесь является то, что системы БОЛС со скоростью передачи 622 Мбит/с в коммерческом исполнении появились раньше радиочастотных систем. О сравнении максимальных скоростей передачи, полученных в опытных установках, даже говорить нескромно. Применение беспроводных оптических систем на «традиционных» скоростях (2-100 Мбит/с) стало уже обыденностью из-за несоизмеримо меньших организационных издержек при установке каналов.

Однако, предметом самых горячих дискуссий в отношении беспроводных оптических систем является их применение в регионах со сложными погодными условиями. Здесь было сломано немало копий. Производители отечественные и иностранные, создавая оборудование, а дистрибьюторы, продавая его, слабо представляли то, на каких дистанциях и в каких условиях системы обеспечат нормальную работу. В результате, информацию об этом получали путем экспериментов над первыми пользователями, и эксперименты эти продолжаются до сих пор. Несомненно, это оказывает медвежью услугу новой технологии, и некоторые операторы связи «поставили на ней крест». Сейчас, наконец-то, производители и дистрибьюторы стали обращать внимание на необходимость расчетов перед тем, как рекомендовать системы заказчику.

Первые попытки расчета, как и предполагалось, вышли «комом». Несмотря на уже солидную историю развития оптических систем, расчет лазерных беспроводных систем представляет достаточно сложную задачу и под силу только специалистам, освоившим вопросы физики атмосферы. Те же, кто применяет только различные интегральные характеристики, такие как метеорологическая дальность видимости (МДВ), в моделях расчета ЛАЗЕРНЫХ систем, могут попасть под гипноз результатов такого расчета и сильно обмануться в реалиях.

Не будем голословны, пора рассмотреть эти самые реалии.

Итак, у кого-то есть данные о МДВ. Есть даже экспериментальные графики зависимости коэффициента пропускания атмосферы от длины волны, которые обычно приводятся в справочниках. Что это дает? Да, в общем-то, слишком мало! Когда речь идет о пропускании через атмосферу ЛАЗЕРНОГО излучения, необходимо говорить не только о конкретной частоте, но и конкретном типе лазерного излучателя и его характеристиках, конкретном состоянии атмосферы в регионе, с учетом погодных условий (туман, дождь и т.п.). Спросите, почему так конкретно? А вот почему.

Приведем пример типичного спектра излучения лазерного диода (см. Рис. 1). Причем, спектр этот сильно зависит не только от модели полупроводникового лазера, но и от режима его работы. Главное, что надо отметить, это то, что спектр состоит из узких полос шириной около 0.2 нм, а общая ширина его не превышает 4 нм.

Рисунок 1.	Спектр излучения лазерного диода.

Рисунок 2.	График пропускания атмосферы. (По оси ординат – коэффициент пропускания, по оси абсцисс указана длина волны в нм)

Теперь посмотрим на график пропускания атмосферы, снятый с низким разрешением. Можно увидеть, что в диапазоне длин волн 690-700 нм относительно широкополосный сигнал практически не ослабляется. А теперь посмотрим на тот же диапазон, снятый с высоким разрешением (см. Рис. 3).

Рисунок 3.	Спектр атмосферного поглощения, записанный с высоким разрешением. (По оси абсцисс указана длина волны в нм)

Становится очевидно, что если Вы работаете с очень узким спектром излучения, то пропускание будет кардинально зависеть от взаимного расположения полос излучения лазера и поглощения атмосферы, несмотря на высокий средний уровень пропускания. И существует такое их взаимное расположение, когда пропускание может снизиться в несколько, а то и сотни раз. Сдвиг в сторону всего на несколько нанометров из-за технологического разброса характеристик диода может привести к фатальным результатам. Поэтому, расчет какой-либо атмосферной лазерной системы необходимо делать с учетом всего диапазона рабочих длин волн, заявленных производителем и, обязательно, с высоким разрешением пропускания атмосферы.

На этом хотелось бы поставить точку в вопросе расчета БОЛС только на основе различных интегральных параметров (МДВ и т.п.). Вопрос этот оказался значительно сложнее и несоизмеримо более емким (в том числе, по усилиям процессоров компьютеров), чем могло показаться с первого взгляда, т.к. расчеты обязательно надо вести с учетом спектральных характеристик атмосферы и лазерных диодов. Вообще, при проектировании беспроводных оптических систем есть очень много нюансов, игнорирование или незнание которых приводит к тому, что системы оказываются неработоспособными. В то же время, учет этих особенностей позволяет создавать оборудование, которое прекрасно работает. И радует то, что те, кому был сделан правильный расчет и корректная установка этого оборудования, довольны эксплуатацией и приобретают новые. Есть операторы, в сетях которых уже установлено до 350 систем (Vodafone). Стараются не отставать и отечественные операторы. В постоянной эксплуатации находятся системы в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, на Дальном Востоке, Сибири и Урале.

Новая технология, когда она востребована, обязательно займет свое место среди средств передачи данных.

Пора идти дальше...

Опубликовано в журнале «Информост», номер 18, 2001 г.

– За рубежом используют аббревиатуру FSO (Free Space Optics)