信号は、無料の空間光学通信システムでどのように移動しますか？

近代的なコミュニケーションの領域では、フリー - スペース光学通信（FSOC）システムが革新的な技術として浮上し、高速、安全、および高帯域幅のデータ伝送を提供しています。この分野に深く関わっている信号サプライヤーとして、私は信号が無料のスペース光学通信システムでどのように移動するかという魅力的なプロセスを掘り下げることに興奮しています。

フリー - スペース光学通信の基本

フリー - スペース光学通信は、光を使用して大気または真空を介してデータを送信するワイヤレス通信テクノロジーです。繊維 - 光学通信と同様に、FSOCは情報のキャリアとして光にも依存しています。ただし、光ファイバ内に閉じ込められる代わりに、光はオープンスペースを通過します。

フリー - スペース光学通信システムの基本的なコンポーネントには、通常、トランスミッター、フリー - スペース伝播媒体、およびレシーバーが含まれます。送信機は、データを光信号にエンコードする責任があります。フリースペースメディアにより、光信号がソースから宛先への移動を可能にし、受信機は光信号を元のデータに戻します。

送信機での信号生成

FSOCシステムの送信機の中心には、通常はレーザーダイオードが光源です。レーザーダイオードは、高い一貫性、単色、および高速で変調する能力に好まれます。データを送信する必要がある場合、データを表す電気信号を使用してレーザーを変調します。 On -Off Keying（OOK）、Phase -Shift Keying（PSK）、および直交振幅変調（QAM）など、いくつかの変調技術が利用可能です。

たとえば、変調の最も単純な形式であるOn -Off Keyingでは、それぞれバイナリ1と0を表すためにレーザーがオン /オフになります。電気データ信号は、レーザーダイオードに供給される電流を制御します。電気信号が高い場合、電流はレーザーダイオードを通過し、光を放出します（バイナリ1を表します）。電気信号が低い場合、レーザーはオフになります（バイナリ0を表します）。

信号の精度と品質を確保するために、送信機には信号条件付けと増幅用のコンポーネントも含まれています。これらのコンポーネントは、レーザーの変調に使用する前に、電気信号の電力、形状、およびその他の特性を調整するのに役立ちます。

空きスペースを通る伝播

送信機で光信号が生成されると、自由空間を旅し始めます。自由空間での光信号の伝播は、大気条件、距離、ビームの発散など、いくつかの要因の影響を受けます。

大気条件は、FSOCで重要な役割を果たします。大気には、ほこり、水蒸気、エアロゾルなどのさまざまな粒子が含まれています。これらの粒子は、光信号を散乱および吸収し、信号減衰につながる可能性があります。たとえば、霧やぼんやりした状態では、空気中の水滴が光を散らし、目的地で受け取った信号の力を低下させる可能性があります。さらに、大気の乱流は、シンチレーションとして知られる現象である強度と方向にビームを変動させる可能性があります。

送信機と受信機の間の距離も信号に影響を与えます。光信号がさらに移動すると、ビームの発散のために広がります。ビーム発散はレーザービームの固有の特性であり、信号の電力密度が距離とともに減少します。電力密度と距離の関係は、逆方向法則に従います。つまり、信号の電力密度は、ソースからの距離の平方に反比例します。

信号受信と検出

光信号が受信機に到達すると、最初のステップは光を収集することです。これは通常、レンズまたはミラーシステムを使用して行われます。収集された光は、光学信号を電気信号に戻す光度検出器に焦点を合わせます。

光検出器は、入射光の強度に比例した電流または電圧を生成するように設計されています。 FSOCシステムで使用される一般的なタイプの光検出器には、フォトダイオードと雪崩フォトダイオード（APD）が含まれます。 PhotoDiodesは単純で、応答時間が速いですが、APDには内部ゲインがあり、受信機の感度が向上します。

光検出器が光信号を電気信号に変換した後、電気信号を処理する必要があります。これには、増幅、フィルタリング、および復調が含まれます。増幅は、電気信号の強度を高めるために使用され、フィルタリングはノイズと不要な周波数を除去するために使用され、復調を使用して、変調された電気信号から元のデータを抽出します。

信号分析と品質保証

自由 - スペース光学通信システムの信頼できる動作を確保するには、さまざまな段階で信号の品質を分析することが不可欠です。これは、信号アナライザーが出てくる場所です。信号サプライヤーとして、FSOCシステムで使用できる高品質のシグナルアナライザーの範囲を提供しています。たとえば、N9030AアジレントPXA信号アナライザー、3 Hz〜50 GHz光学信号と電気信号の正確かつ詳細な分析を提供します。信号強度、周波数スペクトル、変調品質などのパラメーターを測定できます。

別の優れたオプションはですFSW8 Rohde＆Schwarz Signal and Spectrum Analyzer、2 Hz -8 GHz。このアナライザーは、高い解像度スペクトル分析を提供します。これは、信号の干渉または歪みを検出および分析するために重要です。さらに、35670AアジレントFFTダイナミック信号アナライザー、DC -102.4 kHzシステム内の電気信号の時間 - ドメインと周波数 - ドメイン分析に使用できます。

これらの信号アナライザーは、ノイズ、歪み、誤った変調など、信号の問題を特定するのに役立ちます。信号を継続的に監視および分析することにより、オペレーターはFSOCシステムのパフォーマンスと信頼性を改善するために是正措置を講じることができます。

信号旅行における課題とソリューション

自由 - スペース光学通信の多くの利点にもかかわらず、信号旅行に関連するいくつかの課題があります。前述のように、大気条件は有意な信号分解を引き起こす可能性があります。大気の乱流の効果を軽減するために、適応光学系などの技術を採用できます。適応型光学システムは、変形可能なミラーを使用して、乱流によって引き起こされる波面歪みを修正し、受信信号の品質を改善します。

別の課題は、送信機と受信機の間のアラインメントです。光ビームには狭い発散角があるため、わずかな位置ずれでさえ、信号強度の大幅な損失につながる可能性があります。この問題に対処するために、追跡システムとポインティングシステムを使用できます。これらのシステムは、送信機と受信機の位置を継続的に監視し、実際のタイムでアライメントを調整します。

調達のための連絡先

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参照

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2. Ghassemlooy、Zabih、他「無料 - スペース光学通信：機会と課題。」 IEEE Photonics Journal 5.4（2013）：1-23。
3. Popoola、Wasiu O.、Syed Aa Zaidi。 「自由の進歩 - スペース光学通信：レビュー。」 IEEE Access 6（2018）：4720-4742。