Comunicațiile optice prin spațiu liber (în , prescurtat FSO) reprezintă o tehnologie de comunicare optică care folosește lumina propagatș în spațiu liber pentru a trasmite date de telecomunicații sau rețele de calculatoare. „Spațiu liber” înseamnă aerul, spațiul cosmic, vid sau ceva similar. Acest lucru contrastează cu utilizarea solidelor, cum ar fi cablul de fibră optică sau o linie de transmisie optică. Tehnologia este utilă în cazul în care conexiunile fizice sunt nepractice, din cauza costurilor ridicate sau din alte considerente.
Istoric Comunicațiile optice, în diferite forme, au fost folosite de mii de ani. Grecii antici își lustruiau scuturile pentru a trimite semnale în timpul luptei (sistem dezvoltat de Cleoxenus, Democleitus si Polybius. În epoca modernă, semafoare și telegrafe solare fără fir, numite heliografe, au fost dezvoltate, folosind semnale codificate, pentru a comunica cu destinatarii lor.
În 1880, Alexander Graham Bell și asistentul sșu Charles Sumner Tainter au creat fotofonul, la recent înființatul Laborator Volta, în Washington, DC. Bell a considerat că este invenția lui cea mai importantă. Dispozitivul permitea trasmiterea sunetului pe o rază de lumină. Pe 3 iunie 1880, Bell a efectuata prima transmisie de telefonie fără fir între două clădiri, la o distanță de aproximativ 213 metri. also published as "Selenium and the Photophone" in Nature, September 1880. Prima utilizare practică a invenției a venit câteva decenii mai târziu în comunicațiile militare.
Carl Zeiss Jena a dezvoltat Lichtsprechgerat 80 (traducere directă: dispozitiv care vorbește lumina), pe care armata germană l-a folosit în unitățile lor de apărare anti-aeronave, din Al Doilea Război Mondial.
Invetarea laserelor în anii 1960 au revoluționat comunicațiile optice în spațiu liber. Organizațiile militare au fost deosebit de interesate și au stimulat dezvoltarea lor. Cu toate acestea, tehnologia a pierdut impulsul de piață atunci când instalarea de rețele fibră optică pentru scopuri civile a fost la apogeu.
Multe telecomenzi simple și ieftine folosesc lumina infraroșu de viteza redusă pentru comunicații. Acest lucru este cunoscut sub numele de tehonologii IR de consum.
Utilizare și tehnologii Linii optice prin spațiu liber, din punct în punct pot fi implementate folosind lumina laser infraroșu, desi comunicații de nivel redus de date pe distanțe scurte pot fi posibile folosind LED-uri. Tehnologia Infrared Data Association (IrDA) este o formă foarte simplă de comunicații optice prin spațiu liber. Optica de spațiu liber este folosită pentru comunicarea adițională între nave spațiale. Distanța maximă de legături terestre este de ordinul a 2 până la 3 km, dar stabilitatea și calitatea legăturii este foarte dependentă de factori atmosferici, cum ar fi ploaie, ceață, praf și caldură. Operatorii amatori de radio au obținut distanțe semnificativ mai mari folosind surse de lumină incoerente de înaltă intensitate (LED-uri). Un operator amator de radio a raportat o distanță de 278 km (173 mile) în 2007. Cu toate acestea, limitările fizice ale echipamentelor utilizate limitează lățimea de bandă la aproximativ 4 kHz. Sensibilitățile înalte cerute de detector pentru a acoperi asemnea distanțe au facut din capacitatea internă a fotodiodei folosite un factor de mare dependență în amplificatorul de înaltă impedanță, care a urmat, formând astfel în mod natural un filtru low-pass cu o frecvență de întrerupere în gama a 4 kHz.
În spațiul cosmic, gama de comunicare a comunicațiilor optice prin liber-spațiu este în prezent de ordinul miilor de kilometri, dar are potențialul de a lega distantele interplanetare de milioane de kilometri, folosind telescoape optice pentru expansiunea fasciculului. Recordurile de distanță pentru comunicațiile optice au implicat detectarea și emiterea de lumina laser de către sonde spațiale. Un record de distanță pentru comunicarea în ambele sensuri a fost făcut de către instrumentul altimetrului laser la bordul navei spațiale Messenger. Această diodă de neodim cu laser infraroșu, conceput ca un altimetru cu laser pentru o misiune pe orbita Mercur, a fost capabilă să comunice pe o distanță de 24 milioane de km (15 milioane de mile), în timp ce nava s-a apropiat de Pământ, în timpul unui zbor din mai 2005. Recordul precedent a fost stabilit de către proba Galileo, care a detectat o rază laser emisă de pe Pământ din două lasere amplasate pe sol, cu o sondă exterioară în 1992.
Comunicații securizate prin spațiu liber au fost propuse folosind un laser interferometru cu fanta-N, în care semnalul laser ia forma unui model interferometric. Orice încercare de a intercepta semnalul determină prăbușirea modelului interferometric. Această tehnică a fost demonstrată funcțională pe distanțe de propagare de interes practic și, în principiu, ar putea fi aplicată și pe distanțe mari în spațiu.
Comunicarea prin lumina vizibila Cercetătorii au folosit lumina bazată pe LED-uri albe pentru o rețea locală de comunicații în interior. Aceste sisteme prezintă avantaje peste sistemele tradiționale UHF RF, prin izolarea mai bună între sisteme, mărimea și costul receptoarelor/emițătoarelor, licențierea RF și prin combinarea iluminatului interior și comunicațiilor în același sistem. În 2003, un consorțiu al Comunicării cu lumina vizibilă a fost format în Japonia. O diodă LED ieftină albă (GaN-fosfor), care ar putea fi folosită pentru iluminatul interior, poate fi modulată de obicei până la 20 MHz. Datele de transfer de peste 100 Mbit/s pot fi obținute cu ușurință folosind scheme eficiente de modulare; Siemens susține că a obținut peste 500 Mbit/s în 2010. Cercetarea publicată în 2009 folosea un sistem similar pentru controlul traficului de vehicule automate cu lumini LED de trafic. În ianuarie 2009, o echipă de cercetarea pentru comunicațiile bazate pe lumina vizibilă a fost formată de către Institutul de Inginerie Electrică și Electronicș pentru rețele personale fără fir cunoscute sub standardul IEEE 802.15.7. O încercare a fost anunțată în 2010 în St. Cloud, Minnesota.
Aplicatii Scenarii tipice de utilizare: Conexiuni LAN-to-LAN pe campusuri la viteze Fast Ethernet sau Gigabit Ethernet; Conexiuni LAN-to-LAN într-un oraș, o rețea metropolitană; Pentru a traversa un drum public sau alte obstacole pe care trasmițătorul și receptorul nu le cunosc; Furnizarea rapidș de servicii de mare lățime de bandă; Convergențe de conexiune-voce-date; Instalare de rețea temporară (pentru evenimente sau alte scopuri); Restabilirea rapidă a conexiunilor de mare viteză (recuperare de după dezastru); Ca o alternativă de upgrade sau add-on la tehnologiile fără fir deja existente; Ca un add-on de siguranță pentru conexiuni de fibră importante (redundanță); Pentru comunicările între navele spațiale, inclusiv elemente ale unei constelații de sateliți; Pentru o comunicare inter- și intra- cip.
Fasciculul de lumină poate fi extrem de îngust, ceea ce face greu de a intercepta FSO, îmbunătățind siguranța. În orice caz, este comparativ mai ușor de a cripta orice date care călătoresc prin FSO pentru securitate sporită. FSP prevede interfețe electromagnetice îmbunătățite (EMI) față de utilizarea microundelor.
Avantaje thumb|RONJA este o implementare libera de FSO folosind LED-uri de inalta intensitate'' Ușor de implementat; Fără licență și cu raza mare de operare (în contrast cu comunicațiile radio); Rate de biți mai mari; Rate mici de eroare; Imunitate la interferențele electromagnetice; Funcționare full-duplex; Protocol de transparență; Foarte sigur datorită direcționalității ridicate și îngustimii fasciculului/lelor. Nu este necesară o zonă Fresnel;
Dezavantaje Pentru aplicațiile terestre, principalii factori de limitare sunt: Dispersia fasciculului; Absorbția în atmosferă; Ploaia; Ceața (10.. ~100 dB/km atenuare); Ninsoarea; Scintilația; Lumina de fundal; Umbrirea; Stabilitatea de indicare în vânt; Poluarea; În cazul în care soarele ajunge exact în spatele trasmițătorului, poate dispărea semnalul.
Acești factori determină un semnal de receptor atenuat și pot conduce la o rație mai mare a erorilor de bit (BER). Pentru a depăși aceste probleme, furnizorii au găsit anumite soluții, cum ar fi arhitecturi multi-fascicul sau pe mai multe căi, care utilizeaza mai mult de un emițător și mai mult de un receptor. Unele dispozitive de top au, de asemnea, marja de decolorare mai mare (un plus de putere, rezervat pentru ploaie, smog, ceață). Pentru a păstra un mediu de siguranță pentru ochi, sistemele FSO bune au un număr limitat de densitate de putere a laserului și suportă clasele 1 sau 1M. Atenuarea ceței și atmosferei, care sunt exponențiale în natură, limitează distanța practică de funcționare a dispozitivelor FSO la câțiva kilometri.
Note
Categorie:Comunicații