СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ ДИАПАЗОНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК H04B10/00 H04L7/08 

Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться в составе мобильных систем беспроводной передачи информации посредством ультрафиолетового излучения как при наличии, так и при отсутствии прямой видимости между передатчиком и приемником.

Известен способ и устройство многоканальной приемо-передачи оптических сигналов на основе формирования секторных диаграмм направленности и угломерной системы слежения [Патент РФ №2752790, МПК Н04В 10/40. Кузичкин О.Р., Васильев Г.С., Суржик Д.И., Лазарев С.А. [Приор. 29.09.2020, опубл. 05.08.2021], заключающийся в нацеливании потока излучения оптического передающего устройства в направлении одного из N_R оптических приемных устройств. Отдельные N_T оптические передающие устройства и N_R 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

где ΔΘ_TR - диапазон азимутальных углов совокупности оптических передающих и оптических приемных устройств,

Ψ_TR - ширина диаграммы направленности оптического передающего и оптического приемного устройства.

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 от равносигнального направления.

Устройство многоканальной передачи оптических сигналов, реализующее этот способ, представляющее собой конструкцию приемопередающего 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 М 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 приемопередающего модуля по азимуту осуществляют с помощью угломерной системы слежения по максимуму полезного сигнала, включающей пеленгационное устройство, фильтр нижних частот и исполнительное устройство.

Этот способ и устройство многоканальной приемо-передачи оптических сигналов на основе формирования секторных диаграмм направленности и угломерной системы слежения требуют применения точной механики и дополнительных временных затрат для каждой настройки приемо-передающего устройства.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству (прототип) является способ многоканальной передачи оптических сигналов и устройство для его осуществления [Патент РФ №2719548, МПК Н04В 10/10. Васильев В.П., Васильев Г.С., Носов В.А., Кузичкин О.Р., Суржик Д.И. [Приор. 02.04.2019, опубл. 21.04.2020], заключающийся в нацеливании потока излучения оптического передающего устройства в направлении одного из N_R оптических приемных устройств. N_T оптических передающих устройства и N_R оптических приемных устройств устанавливают в соответствии с круговым расположением, причем число устройств выбирают в соответствии с выражением

где Ψ_TR - 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.

Устройство многоканальной передачи оптических сигналов, реализующее данный способ, представляющее собой конструкцию приемопередающего модуля, близкую к полусферической, которая в поперечнем сечении представляет собой многоярусную усеченную пирамиду, содержащую несколько нижних ярусов конструкции, располагающихся под малыми и большими углами возвышения к горизонтали и имеющих по несколько граней в основании для размещения в них оптических передатчиков, обеспечивающих круговую диаграмму направленности для распространения передаваемых световых лучей и использующих несколько верхних ярусов конструкции, также располагающихся под малыми и большими углами возвышения к горизонтали и имеющих по несколько граней в основании для размещения в них оптических приемников, обеспечивающих круговую диаграмму направленности для всенаправленного приема передаваемых световых лучей.

Недостатком этого способа и устройства являются большие аппаратные затраты.

Цель изобретения - снижение аппаратных затрат для приемопередающего модуля многоканальной мобильной системы беспроводной оптической связи при сохранении надежной связи в режиме отсутствия прямой видимости между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи.

Указанная цель достигается за счет сокращения числа устройств передачи и приема оптических сигналов, что позволяет сократить аппаратные затраты.

В качестве приемных устройств оптической информации в предлагаемом изобретении используют всего одно оптическое принимающее устройство, расположенное на вершине усеченной пирамиды, с диаграммой направленности в 120°, ось которой направлена вертикально вверх. Светодиоды передающих устройств также имеют угол расходимости в 120°. Поэтому для обеспечения круговой освещенности достаточно трех таких передающих устройств из светодиодов. Однако для обеспечения более равномерного энергетического кругового потока еще по одному передающему устройству размещают посередине между двумя предыдущими передающими устройствами из светодиодов, как показано на фиг.1.

Каждому оптическому передающему устройству соответствует свое принимающее устройство, которое позволяет определить направление передачи.

Каждому абоненту в сети назначают свой временной промежуток времени для передачи и соответствующие промежутки времени для приема информации соседних абонентов в сети. Прием информации от соседних абонентов по всем направлениям передачи для каждого абонента осуществляет одно их устройство, принимающее оптическую информацию, расположенное на вершине усеченной пирамиды. Задача остальных боковых шести оптических принимающих устройств абонента - определить направление передачи по максимуму сигнала в одном из этих принимающих устройств. Для обеспечения надежной связи между двумя абонентами необходимо, чтобы оси диаграмм направленности для передающего и принимающего устройства пересекались или были как можно ближе друг к другу. Если в двух принимающих устройствах максимальные значения принимаемого сигнала будут равными, то, зная направление передачи в предыдущем цикле, приоритет отдают новому направлению, потому что, вероятнее всего, в этом направлении движется этот абонент.

Способ многоканальной передачи оптических сигналов в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне и устройство для его реализации работает в сети следующим образом. Каждому абоненту в сети присваивают свой идентификатор (адрес). В сети функционирует единая система отсчета времени. Поэтому в цикле каждому адресу соответствуют свои заданные промежутки времени для передачи и приема информации для абонентов. Шесть боковых принимающих устройств каждого абонента во время приема информации от соседних абонентов определяют направление их передачи, чтобы затем отправить сообщения этим абонентам по их направлениям. Например, если в сети десять абонентов и выстроены они в линию, то для крайнего абонента на одном направлении находятся сразу девять абонентов. Если расстояние между соседними абонентами составляет сто метров, то расстояние между крайними абонентами равно девятьсот метров. Дальность передачи определяется мощностью оптического потока передатчика и чувствительностью приемника. Помехоустойчивым кодированием также можно улучшить качество и дальность передачи за счет исправления возможных ошибок в канале. В вершине усеченной пирамиды принимающее устройство для оптической информации должно иметь максимальную чувствительность. Принимающие устройства на боковых гранях усеченной пирамиды должны иметь чувствительность, достаточную для определения направления передачи для планируемой максимальной дальности передачи в сети. По сравнению с принимающими устройствами на вершинах усеченных пирамид принимающие устройства на боковых гранях усеченных пирамид могут иметь меньшую чувствительность и поэтому меньшую стоимость.

Достигаемым техническим результатом способа многоканальной передачи оптических сигналов в УФ диапазоне и устройства для его реализации по сравнению с реализацией прототипа при сохранении надежности связи является сокращение аппаратных затрат за счет уменьшения числа каналов передачи и приема оптических сигналов в режиме отсутствия прямой видимости между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи.

Уменьшение стоимостных и массогабаритных показателей расширяет возможности применения способа многоканальной передачи оптических сигналов в УФ и устройства для его реализации для стационарных и, главным образом, мобильных объектов.

Изобретение относится к технике оптической связи. Техническим результатом является снижение аппаратных затрат для приемопередающего модуля многоканальной мобильной системы беспроводной оптической связи при сохранении надежной связи в режиме отсутствия прямой видимости между абонентами сети при перемещениях и поворотах мобильных узлов связи. Упомянутый технический результат достигается за счет сокращения числа устройств передачи и приема оптических сигналов. Способ многоканальной передачи оптических сигналов в ультрафиолетовом диапазоне заключается в нацеливании потока излучения оптического передающего устройства в направлении одного из N_R оптических приемных устройств. Устройство многоканальной передачи оптических сигналов в УФ диапазоне для мобильной связи представляет собой конструкцию приемо-передающего модуля в виде усеченной двухъярусной пирамиды, в верхнем ярусе пирамиды по кругу располагаются шесть принимающих оптических устройств, на вершине усеченной пирамиды располагается седьмое оптическое принимающее устройство с диаграммой направленности в 120°, ось которой направлена вертикально вверх. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ многоканальной передачи оптических сигналов в ультрафиолетовом диапазоне, заключающийся в нацеливании потока излучения оптического передающего устройства в направлении одного из N_R оптических приемных устройств, отличающийся тем, что устанавливают шесть оптических передающих устройств N_T и шесть оптических принимающих устройств N_R в соответствии с круговым расположением, ширина диаграммы направленности каждого из оптических передающих устройств и оптических принимающих устройств составляет 120°, оптические принимающие устройства определяют направления передачи информации от передающих соседних устройств в сети для мобильной связи во время приема от них информации в заданный в соответствии с единой системой отсчета времени в сети промежуток времени, чтобы потом передающие устройства отправили сообщения упомянутым соседним устройствам по этим направлениям, устанавливают седьмое оптическое принимающее устройство, ось диаграммы направленности в 120° которого направлена вертикально вверх и обеспечивает прием информации от соседних передающих устройств для мобильной связи в соответствующий промежуток времени, отведенный для их передачи.

2. Устройство многоканальной передачи оптических сигналов в ультрафиолетовом диапазоне для мобильной связи по способу п. 1, представляющее собой конструкцию приемо-передающего модуля в виде усеченной пирамиды и отличающееся:

- выполнением пирамиды в виде двухъярусной конструкции, в верхнем ярусе которой расположены шесть принимающих оптических устройств с осями диаграмм направленности в 30° к горизонтали, а в нижнем ярусе расположены шесть оптических передающих устройств с осями диаграмм направленности в 30° к горизонтали,

- на вершине усеченной пирамиды располагается седьмое оптическое принимающее устройство с диаграммой направленности в 120°, и ось которой направлена вертикально вверх.