Лазотран — технология лазерной передачи данных¶

Лазотран — обобщённое название технологий беспроводной передачи данных посредством модулированного лазерного излучения, распространяющегося в открытом пространстве или в атмосфере. Лазотран относится к классу оптических систем связи (FSO, free-space optics) и использует инфракрасный, видимый или ближний ультрафиолетовый диапазон. В отличие от волоконно-оптических линий, где сигнал распространяется внутри световода, здесь средой передачи служит воздух или вакуум, что позволяет разворачивать канал без прокладки кабеля.

¶Принцип работы

Основу системы образуют два терминала — передающий и приёмный, между которыми должна существовать прямая видимость (line of sight). Передатчик содержит лазерный диод или твердотельный лазер, модулятор и коллимирующую оптику. Цифровой поток данных управляет интенсивностью либо фазой излучения; чаще всего применяется амплитудная модуляция с прямым включением и выключением лазера (OOK) или более сложные схемы — PPM, OFDM. Сформированный узкий луч направляется на приёмник, где фотодетектор (лавинный фотодиод, p-i-n-диод) преобразует оптический сигнал обратно в электрический, после чего выполняется демодуляция и восстановление исходных данных.

Ключевая особенность — чрезвычайно малая расходимость пучка (от долей миллирадиана), что даёт высокую концентрацию энергии и затрудняет перехват сигнала извне.

¶История

Идея передачи информации световым лучом восходит к опытам Александра Белла с фотофоном (1880), где модулированный солнечный свет переносил звук. С изобретением лазера в 1960 году начались работы по использованию когерентного излучения для связи. В 1960–1970-х годах велись эксперименты военного и космического назначения, в том числе в СССР и США. Массовое коммерческое применение началось в 1980–1990-х, когда появились доступные полупроводниковые лазеры и надёжные фотоприёмники. Термин «лазотран» использовался в русскоязычной технической литературе для обозначения таких систем наряду с «атмосферной оптической связью».

¶Разновидности

Отдельно выделяют системы «лазер — спутник» и межспутниковые каналы, где среда практически не вносит искажений.

¶Технические характеристики

Современные атмосферные терминалы обеспечивают скорость от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с и выше на дистанциях от нескольких сотен метров до нескольких километров. Дальность ограничена ослаблением излучения в атмосфере: сильный туман способен снизить сигнал на десятки децибел на километр. Для повышения надёжности применяют резервирование каналов, адаптивную мощность и автоматическое наведение. Оптические системы не требуют частотного лицензирования, что является их преимуществом перед радиодиапазоном.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам относят:

• высокую пропускную способность, сопоставимую с оптоволокном;
• отсутствие необходимости в прокладке кабеля;
• сложность несанкционированного перехвата;
• отсутствие электромагнитных помех и лицензионных ограничений.

Основные недостатки:

• зависимость от погодных условий;
• обязательная прямая видимость;
• чувствительность к вибрациям и смещению опор;
• возможное воздействие на зрение при высокой мощности.

¶Применение

Лазотран применяется для организации «последней мили» в городских условиях, связи между зданиями, где прокладка кабеля затруднена, резервирования радиоканалов, а также в космических миссиях. Межспутниковые лазерные линии используются в спутниковых группировках для передачи больших объёмов данных. В военной сфере известны системы защищённой связи. Отдельное направление — оптическая связь в условиях, где радиоэлектронная борьба делает радиоканалы уязвимыми.

¶Безопасность

Лазерное излучение представляет опасность для органов зрения, поэтому терминалы проектируются с учётом классов безопасности по стандартам лазерной продукции. Мощность в открытых каналах обычно ограничивают. Перехват возможен при попадании в створ луча, однако узость пучка и его направленность существенно снижают такую вероятность по сравнению с радиосвязью.

¶Перспективы

Развитие технологий адаптивной оптики, когерентного приёма и фазированных решёток позволяет повышать устойчивость к атмосферным искажениям. Рост спутниковых группировок стимулирует разработку компактных лазерных терминалов для межспутниковой связи. В перспективе лазотран рассматривается как элемент гибридных сетей, дополняющий оптоволокно и радио.