سیگنال Hemmati به دلار

خوش آمدید و مقدمه ای در کنفرانس SPIE Photonics West Lase 11678: ارتباطات لیزری فضای آزاد xxxiii

ارتباطات نوری فضای آزاد چند نقطه ای (FSOC) به عنوان یک فناوری ارزشمند و امیدوار کننده برای برآورده کردن مطالبات با ظرفیت بالا و با چگالی فضای آینده و شبکه های ارتباطی زمینی شناخته شده است. طبیعت نقطه نظر FSOC تحقیقات گسترده ای را در مورد فناوری ها و روش هایی که از شبکه های نوری چند کاربر پشتیبانی می کنند ، افزایش داده است. یک پلت فرم سیستم FSOC برای توصیف کامل ، آزمایش و ارزیابی نمونه های اولیه و پیشرفته ، چند کاربر و فن آوری های توسعه یافته توسط مشاغل و جوامع دانشگاهی ضروری است. در این مقاله یک آزمایشگاه آزمایشی FSOC ارائه شده است که سیستم های بعدی FSO نسل بعدی را نشان می دهد و امکان ارتباط شناختی و چند نقطه ای را فراهم می کند. این سیستم ها پیشرفت قابل توجهی نسبت به افرادی که در حال حاضر با محدودیت های یک کاربر مانع هستند ، ایجاد می کنند. تست FSOC چند گره ، مدولار و با سرعت بالا با توانایی در زمان واقعی در آزمایش ماژول های O-PHY و طرح های O-MAC است. بستر آزمایشی شامل فرستنده های نوری و گیرنده های چندگانه ، مستقل قابل تنظیم است که می توانند برای تقلید از سناریوهای مختلف ارتباطی (به عنوان مثال ، نقطه به نقطه (P2P) ، نقطه به مبهم (P2MP) و چند نقطه ای به multipoint پیکربندی شوند.(MP2MP). در سمت گیرنده ، یک کنترل کننده شناختی زمان واقعی را انجام می دهد ، پردازش کور سیگنال های دریافت شده برای شناسایی تعداد انتقال های همزمان. انتقال تک کاربر در چندین مسیر تشخیص داده می شود ، ترکیب تنوع برای بهبود نسبت سیگنال به نویز دریافت شده (SNR) انجام می شود. اگر انتقال چند کاربر چند کاربر شناسایی شود ، سیگنال ها برای پردازش به سمت نوری با سرعت بالا جداگانه هدایت می شوند. در زیر جزئیات جزئیات سخت افزار یکپارچه در سیستم عامل و همچنین توسعه نرم افزار برای کنترل کننده شناختی. علاوه بر این ، این کار یک نمایش تجربی از TH را ارائه می دهدE قابلیت های آزمایش شده برای سناریوهای تک کاربر و چند کاربر.

ارتباط نوری فضای آزاد (FSOC) دارای تیرهای نور جهت دار است که باعث می شود پیوندهای ارتباطی نسبت به حرکت بسیار حساس باشند. یک چالش مهم در تنظیمات موبایل ، استفاده از این شکنندگی پیوندهای FSOC به دلیل توزیع بسیار جهت دار شدت نور در تیرهای نوری است. متفاوت از مطالعات قبلی با استفاده از فرمان مکانیکی فرستنده های فرستنده برای رفع شکنندگی پیوندهای FSOC ، ما از یک آرایه مربع از عناصر ثابت برای هر گیرنده برای جهت بهتر ، ترکیب بهینه عناصر (نسبت فرستنده/گیرنده به همراه مکان) و استحکام نسبت به آن استفاده می کنیم. تحرکبر اساس مطالعات قبلی که نشان دهنده انتقال بهینه برای دریافت نسبت منطقه در یک طرح آرایه مربع است ، ما فرستنده ها را به عنوان یک جعبه در اطراف مرکز با عناصر اضافی در چهار گوشه هواپیمای فرستنده با بقیه عناصر موجود در آرایه قرار می دهیم. بشرما یک نمونه اولیه سخت افزار را با استفاده از همان نسبت انتقال/دریافت بهینه و یک طرح آرایه مربع Loxlo با اندازه ، وزن و قدرت ، هزینه و سادگی هندسی مناسب برای یک هواپیمای بدون سرنشین چند کوپتر طراحی می کنیم. تجزیه و تحلیل حاشیه پیوند کامل برای آرایه Loxlo ، با استفاده از اجزای تجاری خارج از قفسه ، با همان انتقال بهینه و دریافت ترکیبی تکمیل شد. دامنه سیستم RV 150 متر با 1 مگابیت در ثانیه کار می کند. نتیجه این کار به ما این بینش را می دهد که چگونه کاشی کاری عناصر انتقال/دریافت بر یک سیستم فرستنده تأثیر می گذارد تا یک پیوند بی سیم جهت دار در طیف نوری برای تنظیمات موبایل ، به ویژه برای استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین کم پرواز ، برطرف شود.

ما وضعیت کار در حال انجام را در مرکز پرواز فضایی Nasa-Goddard (GSFC) ارائه می دهیم تا یک ترمینال زمینی انعطاف پذیر کم هزینه برای ارتباطات نوری بسازیم. مأموریت های ارتباطی قبلی لیزر در ناسا توسط پایانه های زمینی یک نوع از نوع ساخته شده به طور خاص برای هر مأموریت پشتیبانی شده است. اگر ناسا برای ایجاد استفاده گسترده از ارتباطات نوری ، یک شبکه جهانی از پایانه های نوری ایجاد کند ، پس یک طرح برای یک ترمینال زمینی اقتصادی که قادر به پشتیبانی از انواع مأموریت ها باشد ، لازم است. با توجه به این هدف ، ناسا در حال ساخت ترمینال زمینی در گرینبلت ، مریلند است تا آزمایش فن آوری های جدید ترمینال زمین را از صنعت تا دانشگاهی فراهم کند.

نیاز به ذخیره داده ها به صورت تصاعدی رو به افزایش است - 90 ٪ از داده های جهان در دو سال گذشته ایجاد شده است و تقریباً 5 ٪ از مصرف برق جهان در حال حاضر به ذخیره این مقدار گسترده داده اختصاص داده شده است. Lyteloop در حال ایجاد یک جایگزین مختل کننده برای فناوری ذخیره سازی داده ها با استفاده از ارتباطات نوری برای ذخیره داده ها در حرکت بین اشیاء با امنیت بالاتر و مصرف انرژی پایین تر است. این فناوری به یک روش ثبت شده برای گسترش چشمگیر طول مسیر نوری به نام Angle Multiplexing ، و همچنین چند برابر تقسیم فضایی با حالت های حرکت زاویه ای مداری متکی است تا نرخ داده ها را به منظور ذخیره داده ها در فضا ، در فیبر نوری یا در فضای آزاد فضای آزاد افزایش دهد. حفره هایک نمونه اولیه فضای آزاد در حال توسعه است ، که داده ها را با استفاده از سیگنال نرخ بیت بالا که به طور مداوم از طریق یک سیستم چند برابر زاویه گردش می کند ، ذخیره می کند.

ارتباطات ماهواره ای نوری یک فناوری بلوغ برای امکان دسترسی گسترده به اینترنت به اینترنت با توان بالا است. در سالهای گذشته تلاش زیادی برای افزایش کاربرد و TRL این فناوری انجام شده است. با همکاری صنعت ، TNO چندین پیشرفت برای فن آوری های فضا و زمینی آغاز کرد. بسیاری از این فناوری ها قبلاً بررسی طراحی مهم (CDR) را پشت سر گذاشته اند و در وضعیت پیشرفته قرار دارند. یک قطعه گمشده از پازل یک تظاهرات در مدار (IOD) است که ثابت می کند فن آوری ها کار می کنند. در این مقاله برنامه های ید با Cubecat در Norsat-TD ارائه شده است. به عنوان بخش زمینی ، آزمایشگاه ارتباطات نوری TNO به یک تلسکوپ با قطر 80 سانتی متر مجهز شده است. با استفاده از IOD موفق ، اینترنت در سراسر جهان در توان بالا هنوز یک قدم نزدیکتر است.

الکترومغناطیسی عمومی Atomics (GA-EMS) یک ترمینال ارتباطی نوری فضای آزاد (LCT) برای برنامه های فضایی ایجاد کرده است. این سیستم با سرعت 1550 نانومتر کار می کند و از کلید خاموش برای پشتیبانی از نرخ داده حداکثر 5 گیگابیت در ثانیه استفاده می کند. این سیستم دستخوش مونتاژ ، ادغام و آزمایش شده است و در آماده سازی برای تظاهرات لینک نوری بین ماهواره ای (OISL) با آژانس توسعه فضایی در فضاپیمای میزبان ادغام می شود. تظاهرات OISL شامل دو سیستم LCT GAEM در دو Cubesats جداگانه برای انجام تظاهرات اتصال متقابل در مسافت های حداکثر 2500 کیلومتر است و همچنین به عنوان یک بستر در مدار برای توصیف قابلیت های اشاره ، دستیابی و ردیابی بین دو ترمینال به عنوان یک سکوی در مدار خدمت می کند. و همچنین از پیوندهای هواپیما به سایر ماهواره ها. در حالی که مأموریت 2021 تظاهرات OISL بین فضاپیمای یکسان را برجسته می کند ، این سخت افزار برای ادغام آسان در ماهواره های مختلف با استفاده از رابط های الکتریکی و مکانیکی مشترک با هدف کلی داشتن یک معماری LCT آگنوستیک اتوبوس در پشتیبانی از قابلیت همکاری طراحی شده است.

در این مقاله ، پیشرفت فیبرتک در جهت توسعه پایانه های ارتباطی و لیزر لیزر با کارایی بالا ، جمع و جور و لیزر برای مشتریان تجاری و دولتی شرح داده شده است. تحولات قبلی به انواع برنامه های کاربردی از جمله Cubesats Space Deep ، Leo ، Geo و Smallsats پرداخته است. ما در حال حاضر روی پایانه های قمری و فراتر از آن کار می کنیم. Fibertek همچنین لیزر فضایی TRL بالا را برای ارتباطات نوری فضا اعم از مکعب کوچک 0. 5 تا 3W تا 50 WDM تقویت کننده WDM پشتیبانی کرده است که از مدولاسیون PPM CCSDS فضای عمیق و شبکه های فضایی WDM TBPS پشتیبانی می کند.

سیستم رله داده های اروپایی اکنون در سال پنجم کار است. تاکنون (مارس 2021) بیش از 50000 پیوندهای لیزر رله داده با موفقیت اجرا شده اند. ما در عملکرد مدار LCT های رله داده و سایر فعالیتهای مربوط به LaserCom در TESAT گزارش می دهیم.

Soliss برای نمایش فناوری ترمینال ارتباطات لیزر کوچک وصل شده به ایستگاه زمینی نوری از ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) طراحی شده است و نام آن از پیوند نوری کوچک برای ISS آمده است. این با موفقیت در 25 سپتامبر 2019 راه اندازی شد و برای نشان دادن ارتباطات دو جهته به عنوان موفقیت اضافی خود به دست آمد. Soliss به طور مشترک با آژانس اکتشاف هوافضا ژاپن (JAXA) توسعه یافته است و همچنین به طور مشترک کارکردهای ویژه ایستگاه زمینی نوری با انستیتوی ملی اطلاعات و ارتباطات (NICT) را توسعه داده است. ما در مورد تظاهرات در مدار و نتیجه آن بحث و گزارش می کنیم.

روشی برای اشاره خوب پرتوهای لیزر با استفاده از آرایه های لیزری توسعه یافته است. سیستم تلسکوپ یک سیستم لنز و یک آرایه VCSEL/Photodetector را ترکیب می کند. از قطعات متحرک استفاده نمی کند. در شبیه سازی های رایانه ای ، آن را در مورد Cubesats که از اشاره به بدن استفاده می کنند ، اعمال می شود. اشاره بدنه توسط شرکت هوافضا برای Cubesats در لئو در برنامه ارتباطات نوری و تظاهرات سنسورهای ناسا (OCSD) استفاده شد. شبیه سازی های رایانه ای از این قابلیت اشاره گر قبلاً در برنامه OCSD در Cubesats اعمال شده است. در این مقاله ، شبیه سازی های رایانه ای از لیزر با استفاده از این طرح تلسکوپ برای Cubesats در LLO ، در 100 کیلومتر استفاده می شود. این Cubesats می تواند بخشی از Lunanet ، شبکه ارتباطات و ناوبری قمری ، بخشی از برنامه NASA Artemis باشد. با اشاره دقیق تر ، می توان از پرتو لیزر با واگرایی کوچکتر استفاده کرد. در مورد وسیله نقلیه Aerocube-7B که در برنامه OCSD استفاده شده است ، شبیه سازی های رایانه ای نشان می دهد ، به عنوان مثال ، واگرایی پرتو خروجی می تواند از تقریباً 0. 06 درجه FWHM به 0. 014 درجه کاهش یابد. برای سیستم الکترو نوری پیشنهادی ، زمان واکنش به نشان دادن تغییرات و لرزش ها در مقیاس زمانی نانو ثانیه ، بسیار سریعتر از سیستم های با اشاره گر که از قطعات در حال حرکت مانند آینه های فرمان سریع ، از جمله MEMS استفاده می کنند ، یا از عکس های چهار سلول استفاده می کنند. برای بهبود بدن اشاره به مکعب. سایر برنامه های ممکن برای برقراری همزمان با ایستگاه های زمینی در مکان های مختلف و به چند برابر مجدد طول موج (WDM) برای افزایش انتقال نرخ داده ، دسترسی به چند نوری (OMA) است.

ارتباط لیزر یک روش مورد انتظار برای تحقق ارتباط با نرخ داده بالا در ماهواره های کوچک ، میکرو و حتی مکعب است. آژانس اکتشاف هوافضا سونی و ژاپن (JAXA) عملکردهای اساسی ترمینال ارتباط نوری کوچک را با فناوری دیسک نوری که برای کوچک سازی پایانه های ارتباطی با وزن سبک و کم مصرف لازم است ، به طور تجربی تأیید کرده بودند. برای تأیید این توابع از فناوری دیسک نوری در مدار به عنوان یک سیستم ارتباطی لیزر ، Sony Computer Computer Laboratories ، Inc. (سونی CSL) و JAXA به طور مشترک ترمینال ارتباطی نوری کوچک به نام Soliss را از اواخر سال 2017 توسعه داده بودند که طراحی شده است که به آن متصل شود. تسهیلات در معرض ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) و با موفقیت از Tanegashima در ژاپن در 25 سپتامبر 2019 راه اندازی شد. این آزمایش با هدف تأیید 100 مگابیت در ثانیه در ثانیه تأسیس ارتباطات لیزر مبتنی بر اترنت بین مدار کم زمین و زمین و در دسترس بودن کنترل کنترلبا فناوری دیسک نوری در مدار. برای دستیابی به هدف ، سولیس به طور مداوم با یک مکانیسم درشت و با اشاره به خوبی ، اشاره دقیق را کنترل می کند تا ایجاد پیوند نوری با یک همتای را حفظ کند. در این آزمایش ، سولیس با موفقیت پیوند مبتنی بر دو طرفه با یک رایانه شخصی متصل به ایستگاه نوری انستیتوی ملی فناوری اطلاعات و ارتباطات (NICT) را با استفاده از مکانیسم اشاره گر ایجاد کرد. نتیجه نشان دهنده در دسترس بودن مکانیسم اشاره شده پیشنهادی است. در این مقاله به بررسی عملکرد اشاره ای Soliss با ایستگاه زمینی نوری می پردازیم.

پیوندهای لیزر فضای آزاد به طور سنتی از یک کانال ردیابی فضایی مستقل با یک لیزر چراغ و سنسورهای ردیابی برای برآورده کردن نیازهای سختگیرانه استفاده می کنند. در این کار ، ما یک فرستنده فیبر بدون چراغ منوستاتیک مینیاتور را پیشنهاد می کنیم که اطلاعات ردیابی خوب را با استفاده از گیرنده های موجود در گیرنده موجود و یک نقطه کوچک تزریق شده (Nutation) نشان می دهد. از یک آینه فرمان MEMS استفاده می شود تا هر دو پرتوها و تزریق تزریق شود. در حالی که این منجر به از بین رفتن پیوند اضافی به دلیل اتصال فیبر مختل شده و انتقال پرتو می شود ، تجزیه و تحلیل ما نشان می دهد که ضرر برای SNR کافی ناچیز می شود. پیوندها بدون تصحیح نقطه ای به SNR در حدود 35 دسی بل نیاز دارند تا ضرر ضایعات زیر 0. 1 دسی بل را به حداقل برساند و همچنین سر و صدای ردیابی فضایی RMS را در زیر یک دهم واگرایی پرتو حفظ کند. از آنجا که پهنای باند اشاره و ردیابی به طور معمول بسیاری از سفارشات بزرگی نسبت به پهنای باند ارتباطی گیرنده است ، چنین SNR معمولاً با فیلتر مناسب در گیرنده قابل دستیابی است. اگر تصحیح نقطه پیشرو مورد نیاز باشد ، ما نشان می دهیم که بسته به حاشیه پیوند موجود ، یک فرستنده گیرنده مبتنی بر فیبر تک حالت می تواند به حدود 1 پرتوی تصحیح برسد ، در حالی که طراحی فیبر چند حالته می تواند به حدود 1. 75 پرتوهای پرتوی برسد. به دلیل بهبود حساسیت اتصال به جفت در جبران های بالاتر. سرانجام ، ما استفاده از فیبر دو پوششی را با یک ردیاب ثانویه پیشنهاد می کنیم تا به حداقل برسد که از دست دادن اتصال کوپل به حداقل برسد.

پروژه ارتباطات نوری Deep Space (DSOC) ارتباط نوری فضای آزاد را تقریباً در 3 AU یا 3 سفارش از بزرگی بیشتر از هر تلاش قبلی نشان می دهد. DSOC از تلسکوپ 5M Palomar Hale برای دریافت سیگنال downlink استفاده می کند ، که نور پایین لینک را بر روی یک میز نوری و در یک ردیاب فوتون تک نانو حالت ابررسانه ای (SNSPD) قرار می دهد. خروجی SNSPD توسط مونتاژ پردازش سیگنال گیرنده لیزر زمین (GSPA) با استفاده از زمان جریان با توان بالا به مبدل دیجیتال (TDC) دیجیتالی می شود. GSPA یک گیرنده مبتنی بر FPGA مقیاس پذیر است که سیگنال downlink DSOC را از طریق الگوریتم های پردازش سیگنال جدید اجرا شده در Xilinx UltraScale+ FPGAS و همچنین مانیتور نرم افزار مبتنی بر پایتون و روال کنترل می کند. GSPA با بهره برداری از معماری منحصر به فرد مبتنی بر TDC ، بیش از چهار مرتبه از میزان داده های downlink را در چندین مرتبه از بزرگی سیگنال و قدرت پس زمینه پشتیبانی می کند. در این مقاله ما یک مرور کلی از معماری سخت افزار ، سیستم عامل و نرم افزار برای اجرای این سیستم و همچنین تجزیه و تحلیل عملکرد برای پیوندهایی از نزدیک به زمین تا 2. 8 AU ارائه می دهیم.

Fibertek has developed a space qualifiable 50W 8Ch. WDM Amplifier prototype that is designed to meet all the environmental and optical requirements of a DSOC mission. The deliverd amplifier is optimized for efficiency and athermal performance achieving 22% e-o efficiency. The high TRL 1.5-μm high TL fiber amplifier supports up to 6W/channel, with >فرمولاسیون پالس-موقعیتی 128-Ary (PPM) ، و با پهنای باند 25 نانومتر به دست آمده. خصوصیات الکترو نوری خروجی ، تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان سیستم ، تجزیه و تحلیل حرارتی مکانیکی و تجزیه و تحلیل ساختاری و لرزش مکانیکی نمونه اولیه لیزر تحویل TRL بالا ارائه شده است. یک تکنیک کاهش FWM مبتنی بر TDM با قدرت که باعث بهبود عملکرد PEV TX می شود ، نشان داده شده است.

ما پیشرفت های اخیر در توسعه فرستنده های نوری مینیاتوریزه و تقویت کننده گیرنده برای ارتباطات فضایی را ارائه می دهیم. سه طرح فرستنده نوری با سرعت بالا C ارائه شده است: نسخه 300 مگاوات به عنوان بخشی از ترمینال "Smallcat" TNO برای پرواز بر روی Nordsat و دو نوع که 300 مگاوات و 3 وات از قدرت نوری را به شکل استاندارد Cubesat ارائه می دهدعوامل. علاوه بر این فرستنده ها ، یک فاکتور فرم فوق العاده کوچک ، افزایش زیاد ، تقویت کننده نویز کم ، برای تقویت سیگنال های دریافت شده ارائه می شود.

شبکه های مش ماهواره ای توزیع شده با استفاده از ماهواره های کوچک کم هزینه نیاز به مؤلفه های ارتباطی دارند که تأثیر کم بر هزینه ، اندازه ، وزن و قدرت (SWAP-C) دارند در حالی که دامنه طولانی ، ارتباطات پهنای باند بالا می تواند تعداد ماهواره های مورد نیاز را در شبکه مش کاهش دهد. ارتباطات لیزر فضای آزاد پتانسیل پیوندهای ارتباطی کم و دور و دور را با استفاده از سود دیافراگم بالا به دلیل طول موج های کوتاه که دارای واگرایی باریک هستند ، فراهم می کند. علاوه بر این ، تقویت کننده های تقویت کننده نوری باند وسیع غالباً با حد متوسط قدرت کار می کنند و نه یک حد قدرت اوج که باعث می شود قالب های چرخه کم با استفاده از قدرت های اوج بالا استفاده کنند. تحقق کامل این مزایا بستگی به قالب مورد استفاده دارد. پایانه های ارتباطی لیزر جدید ، بسیاری از زیرساخت های ارتباطی نوری موجود را برای بازگرداندن محصولات برای برنامه های فضای آزاد با برد طولانی که در حال حاضر فقط یک تقویت کننده پرتاب و ، به طور بالقوه ، گیرنده پیش ساخته هستند ، اهرم می کنند. در حالی که برنامه های فیبر طولانی مدت از قالب های کلید تغییر فاز باینری حمایت می کنند ، کاربردهای کم هزینه پیوندهای ارتباطات فیبر نوری که نیاز به تغییر کم در فرستنده و انتهای گیرنده پیوند دارند ، غالباً طرح ها را به سمت پیوندهای مستقیم درایو (IM-DD) هدایت می کنند. ما بررسی می کنیم دامنه پیوند نوری فضای آزاد از طریق استفاده از سه روش مختلف نرخ داده متغیر از جمله ، کاهش پهنای باند گیرنده ، استفاده از شکل موج پشت سر هم و قالب های مدولاسیون موقعیت پالس (PPM). نتایج ما نشان می دهد که اگرچه SNR بالاتر برای قالب های PPM مورد نیاز است ، اما سفارشات بالاتر از 64 می تواند پیوندهایی را با میانگین قدرت و نرخ داده به عنوان قالب های کلید تغییر فاز دیفرانسیل در شرایط گیرنده مشابه بدست آورد.

برای سیستم های ارتباطی فضای آزاد فضای آزاد (FSO) ، انتظار می رود برای پشتیبانی از پوشش گسترده برای سرویس موبایل نسل ششم ، فناوری منسجم دیجیتال و تقسیم طول موج مورد استفاده در ارتباطات فیبر نوری ، فناوری های امیدوار کننده ای باشند. این فناوری ها می توانند سیگنال های نوری را که از ظرفیت سطح TB/S پشتیبانی می کنند ، تولید کنند. با این حال ، برای دستیابی به بودجه لینک مورد نیاز برای پیوندهای نوری TB/S ، انتقال قدرت به ترتیب 100 W لازم است و دستیابی به تولید 100 W با یک تقویت کننده فیبر نوری چالش برانگیز است. در این کار ما تقویت نوری موازی گروههای کانال را که از سیگنال WDM جدا شده اند ، به جای تقویت سیگنال WDM جدا نشده ، و انتقال سیگنال های تقویت شده به عنوان تیرهای جداگانه عبور می کنند. این پیکربندی می تواند قدرت خروجی مورد نیاز را از تقویت کننده فیبر نوری فردی کاهش دهد. ما پایانه های FSO را برای پیکربندی پیشنهادی با 3 دیافراگم فرستنده طراحی کردیم ، به گونه ای که دیافراگم در هدایت ترمینال گیرنده FSO قرار گرفت. ما پیکربندی را در یک آزمایش در فضای باز با یک لینک 500 متر FSO و تقسیم طول موج چند سیگنال QPSK منسجم دیجیتال دیجیتال در زمان واقعی 100 گیگابایتی ارزیابی کردیم. نتایج تجربی نشان می دهد که پیکربندی پیشنهادی می تواند ظرفیت کل را 3 بار ، از 200 گیگابایت در ثانیه به 600 گیگابایت بر ثانیه افزایش دهد ، بدون اینکه نیاز به افزایش قدرت خروجی از تقویت کننده فیبر نوری فرد داشته باشد.

تکنیک های بازده فوتون بالا (HPE) ، با استفاده از مدولاسیون پالس ، کدهای اصلاح خطای نزدیک به ظرفیت و گیرنده های شمارش فوتون ، می توان با کاهش اندازه ، وزن و قدرت (مبادله) با کاهش اندازه دیافراگم و انتقال به میزان قابل توجهی از اندازه ، وزن و قدرت (مبادله) استفاده کرد. الزامات انرژی لیزر. سیستم های کم جابجایی همچنین به گیرنده های کم مصرف و کم مصرف قادر به عملکرد محدود فوتون هستند. ما استفاده از آمپلی فایرهای نوری نیمه هادی (SOA) را برای دستیابی به عملکرد محدود تقریباً فوتون در سیستم های HPE با SWAP کم بررسی می کنیم. SOA ها به طور قابل توجهی کوچکتر هستند و در مقایسه با آمپلی فایرهای فیبر دوپ شده Erbium (EDFA) به پشتیبانی خارجی کمتری نیاز دارند. ما با استفاده از یک تقویت کننده نوری نیمه هادی و فوتودیود بهمن (APD) یک گیرنده پالس نوری کم نویز را می سازیم و آزمایش می کنیم. تغییرات پالس به پالس ، سطح انتشار خود به خودی تقویت شده (ASE) و سطح نویز پس زمینه اندازه گیری و برای ارزیابی میزان خطای بیت مورد انتظار (BER) به عنوان تابعی از فوتون های سیگنال در هر پالس اندازه گیری می شود. ترسیم قدرت کلی سیستم ، از جمله جریان درایو SOA ، درایو کولر ترمو- برقی (TEC) ، و تعصب APD و کنترل دما و تقویت کننده ترانسپودانس ، برای ارزیابی تأثیر کلی گیرنده SOA بر نیازهای قدرت ترمینال نوری ارزیابی می شود. ما نشان می دهیم که گیرنده های SOA می توانند به عنوان گیرنده های محدود تقریباً فوتون در سیستم های ارتباطی نوری HPE استفاده شوند.

نتایج آزمایشات انجام شده در یک آزمایشگاه یک سیستم نوری سریع سازگار بر اساس استفاده از FPGA به عنوان عنصر کنترل اصلی و یک آینه bimorph به عنوان یک اصلاحی در کنار موج ارائه شده است. پهنای باند سیستم تطبیقی از ده ها هرتز تا 2000 هرتز متغیر بود. برای کنترل مستقل از کیفیت تصحیح ، توزیع شدت در میدان دور ثبت شد. نشان داده شده است که برای تصحیح مناسب از موج موج ، پهنای باند سیستم باید مرتبه ای بالاتر از مرز بالایی طیف اعوجاج موج موج ناشی از تلاطم باشد. مقایسه مدل و داده های تجربی نیز ارائه شده است.

افزایش ظرفیت اطلاعات شبکه عمیق فضایی ، یک شبکه جهانی گیرنده های فرکانس رادیویی که برای برقراری ارتباط با و ردیابی فضاپیمای بین سیاره ای استفاده می شود ، باعث افزایش تعداد و پیچیدگی ماموریت های اکتشافی فضایی آینده می شود که می تواند از آن پشتیبانی کند. افزودن قابلیت ارتباطی نوری باعث بهبود ظرفیت اطلاعات شبکه فضایی عمیق می شود. وضوح تصویربرداری از تلسکوپ یکی از عوامل اصلی است که هم عملکرد و هم در سطح سیستم را هدایت می کند. این گزارش سیستم های کنترل طراحی شده برای حفظ تراز تلسکوپ را توصیف می کند.< SPAN> افزایش ظرفیت اطلاعات شبکه فضایی عمیق ، یک شبکه جهانی گیرنده های فرکانس رادیویی که برای برقراری ارتباط با و ردیابی فضاپیمای بین سیاره ای استفاده می شود ، باعث افزایش تعداد و پیچیدگی مأموریت های اکتشافی فضایی آینده می شود که می تواند از آن پشتیبانی کند. افزودن قابلیت ارتباطی نوری باعث بهبود ظرفیت اطلاعات شبکه فضایی عمیق می شود. وضوح تصویربرداری از تلسکوپ یکی از عوامل اصلی است که هم عملکرد و هم در سطح سیستم را هدایت می کند. این گزارش سیستم های کنترل طراحی شده برای حفظ تراز تلسکوپ را توصیف می کند. افزایش ظرفیت اطلاعات شبکه فضایی عمیق ، یک شبکه جهانی گیرنده های فرکانس رادیویی که برای برقراری ارتباط با و ردیابی فضاپیمای بین سیاره ای استفاده می شود ، باعث افزایش تعداد و پیچیدگی مأموریت های کاوش در فضای آینده می شود. می تواند پشتیبانی کندافزودن قابلیت ارتباطی نوری باعث بهبود ظرفیت اطلاعات شبکه فضایی عمیق می شود. وضوح تصویربرداری از تلسکوپ یکی از عوامل اصلی است که هم عملکرد و هم در سطح سیستم را هدایت می کند. این گزارش سیستم های کنترل طراحی شده برای حفظ تراز تلسکوپ را توصیف می کند.

ارتباطات لیزر می تواند ارتباطات پهنای باند کارآمدتر و بالاتر را در مسافت های طولانی تر از سیستم های فرکانس رادیویی معمولی (RF) فعال کند. با این حال ، زاویه های واگرایی پرتو برای سیستم های لیزر نسبت به سیستم های معمولی RF باریک تر هستند و برای ایجاد و حفظ پیوند به سیستم های دقیق ، دستیابی و ردیابی نیاز دارند. علاوه بر این ، پیوندهای لیزر معمولی دارای نقطه به نقطه هستند و قادر به پخش چند مرحله ای یا پخش نیستند. سیستم های معمولی اشاره و ردیابی (PAT) از جیمبال های مکانیکی یا آینه های سریع و سریع استفاده می کنند. گیمبال های مکانیکی ممکن است محدودیت های اندازه ، وزن و قدرت (مبادله) را برای فضاپیمای کوچک ، به ویژه برای چندین پرتوهای همزمان مکانی متنوع ، برآورده نکنند. آینه های سریع در حالی که جمع و جور و کارآمد اندازه دیافراگم محدود دارند ، و بسیاری از آنها برای تأمین پیوندهای متعدد بر روی نیمکره مورد نیاز هستند. آنتن نوری مینیاتوری برای ارتباطات بین ساحلی (موزاییک) با هدف فراهم کردن اشاره و ردیابی غیر مکانیکی با استفاده از لنزهای مایع ، امکان بررسی گسترده و پشتیبانی از پیوندهای همزمان را فراهم می کند. کار اولیه با لنزهای مایع در دسترس تجاری نشان داد که لنزهای مایع در یک محیط فضایی قابل استفاده هستند و پوشش مکانی را ارزیابی می کنند. در این کار ، ما یک فرستنده را با استفاده از سه لنز مایع مدل می کنیم. یک لنز در محور توانایی تمرکز را فراهم می کند. دو لنز خارج از محور و عمود بر فرمان پرتو را فراهم می کند ، با یک لنز فیشایی که اثر را تقویت می کند. این امر تقریباً نیمکره را تا 170 درجه نشان می دهد. ما کیفیت پرتو و واگرایی را با استفاده از یک مدل Zemax بررسی می کنیم و یک تحلیل پیوند وابسته به زاویه فرمان پرتو و زاویه چرخش را انجام می دهیم. پیوند 25 مگابیت در ثانیه با 200 مگاوات انتقال قدرت در 1550 نانومتر (باند نوری C) و مدولاسیون موقعیت پالس 16-Ary (16-ppm) را می توان تا 28 کیلومتر جداسازی با حاشیه 3 dB برای یک Optotune EL-16-40 حفظ کرد. لنزهای مایع TC. تلفات در درجه اول به دلیل محدود کردن لنزهای مایع اندازه دیافراگم به 16 میلی متر است. ما همچنین تأثیر دیفیوزرها را برای افزایش دیافراگم عددی از طریق تجزیه و تحلیل انتقال پرتوی ساده و نتایج تجربی در نظر می گیریم.

کاهش اختلالات ناشی از تلاطم برای پیوندهای نوری با سرعت بالا در جو بسیار مهم است. اپتیک تطبیقی بدون سنسور ، بر اساس بهینه سازی اتصال در یک فیبر حالت واحد ، یک راه حل امیدوارکننده است زیرا محدودیت های سنجش موج معمولی را در آشفتگی های قوی دور می کند. ما استفاده از یک مولتیپلر مکانی را برای کاهش پهنای باند مدولاسیون زمانی مورد نیاز با چنین تکنیکی پیشنهاد می کنیم. در این روش ، پس از تصحیح توسط یک آینه تغییر شکل ، آشفتگی های باقیمانده به لطف مولتیپلکسر مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. مفهوم و نتایج اول آزمایشات آزمایشگاهی ارائه شده است.

اپتیک فضای آزاد (FSO) این پتانسیل را دارد که ارتباطات پهنای باند سریع را ارائه دهد ، اما به دلیل کاهش جوی از دست دادن سیگنال را تجربه می کند. مطالعه ما عملکرد تنظیمات لنزهای مختلف را برای کاهش ضرر پراکندگی مه در یک سیستم ارتباطی FSO با باند قابل مشاهده کم هزینه ارزیابی می کند. ما یک محفظه آزمایش مه و تخته فرستنده جدید برای ارزیابی پیوند FSO خود در چهار طول موج مختلف باند قابل مشاهده و سه تنظیم لنز مختلف ساختیم. ما همچنین قدرت سیگنال گیرنده را برای تعیین میرایی ناشی از مه و مقایسه هر عملکرد لنز در سیستم تجزیه و تحلیل می کنیم. برای طراحی و ارزیابی سیستم لنز بهینه ، چندین پیکربندی لنز فرستنده کننده جدید مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و مقایسه می شوند: Plano-Convex به Plano-Convex (P-P) ، Bi-Convex به Planoconvex (B-P) و Bi-Convex به Bi-Convex (B-B)بشرما مشاهده می کنیم که طول موج باند قابل مشاهده می تواند میزان از دست دادن سیگنال ناشی از مه را به حداقل برساند. پیکربندی لنز در رابطه با بهینه ترین طول موج قابل مشاهده باند سپس با سطح مه مه آلود تجزیه و تحلیل می شود. ما کارآمدترین پیکربندی دو لنز را در سیستم FSO با نویز ناشی از مه تعیین می کنیم. به طور متوسط ، سیستم Biconvex-Planoconvex 63. 85 ٪ بهتر از سیستم Planoconvex-Planoconvex و 50. 42 ٪ بهتر از سیستم Biconvex-Biconvex بود. این نتایج را می توان به انحراف کروی از لنز فرستنده نسبت داد و در مقاله مورد بحث قرار می گیرد.

وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) در کاربردهای متعددی از دفاع ، اجرای قانون ، نظارت بر محیط زیست ، بازیابی فاجعه ، عکاسی هوایی و ارائه بسته های مصرف کننده استفاده می شود. تضمین ارتباطات بی سیم بین هواپیماهای بدون سرنشین در پرواز برای اطمینان از عملکرد ایمن در هنگام پرواز و جلوگیری از انواع مختلف حملات ، به عنوان مثال ، استراق سمع ، کلاهبرداری ، جابجایی و غیره بسیار مهم است. پروتکل های ارتباطی کوانتومی پیشرفت هایی را در رویکردهای کلاسیک ارائه می دهند. در این تلاش ، ما پیشرفت در جهت نشان دادن توزیع کلید کوانتومی (QKD) بین دو هواپیمای بدون سرنشین در پرواز را ارائه می دهیم. یک چالش مهم شامل دستیابی به عملکرد سیستم با استفاده از اندازه فشرده ، وزن و قدرت (مبادله) وسیله نقلیه هواپیماهای بدون سرنشین است. ما زیر سیستم های بحرانی از جمله منبع QKD را معرفی و ارزیابی می کنیم ، که مبتنی بر دیودهای ساطع کننده نور-مزاحمت (LED) است که توسط یک FPGA کنترل می شود ، و در مورد یک منبع QKD ثانویه بر اساس یک تعدیل کننده قطبی سازی فیبر همراه بحث می کنیم. سیستم اشاره ای ، خرید و ردیابی (PAT) از چندین سیستم زیر سیستم آبشار تشکیل شده است ، که با استفاده از چراغهای مادون قرمز (IR) با گیمبال ها ، و تراز خوب با استفاده از آینه های فرمان سریع (FSM) با رمزگذارهای مطلق و موقعیت بازخورد ، تراز دوره را با استفاده از چراغ های مادون قرمز (IR) ارائه می دهند. سنسورهاما در مورد انتقال و دریافت اپتیک از جمله نیمکت های نوری با طراحی سفارشی طراحی شده سه بعدی بحث می کنیم. سرانجام ، ما آشکارسازهای تک فوتونی ، تابلوی زمان مبتنی بر FPGA و یک الگوریتم هماهنگ سازی پس از پردازش آماری جدید را معرفی می کنیم. ایجاد یک پیوند ارتباطی کوانتومی بین هواپیماهای بدون سرنشین در پرواز ، پیش نیاز مهمی برای برنامه های کوانتومی مبتنی بر هواپیماهای بدون سرنشین آینده مانند توزیع درهم تنیده ، سنجش کوانتومی توزیع شده و تأیید موقعیت کوانتومی (QPV) است.

طراحی ابتکاری بنیادی آرایه ارتباطات نوری مدیریت شده (MOCA) برخی از مزایای مشخص نسبت به سایر رویکردهای لیزر را نشان می دهد: (1) MOCA به فن آوری های اثبات شده ، تجاری خارج از قفسه (COTS) متکی است ، بر خلاف آرایه فاز نوری عجیب و غریب تر یا پرتورویکردهای اطلاعاتی. MOCA قبلاً نشان داده شده است (2) آرایه فناوری MOCA از پایانه های کنفورماسی کم مشخص برای کشش کم پشتیبانی می کند.. و (5) استفاده از اجزای کالایی و از بین بردن گیمبال ها باعث کاهش اندازه ، وزن و هزینه می شود.

پیوندهای ماهواره ای مادون قرمز برای اندازه گیری دمای سطح زمین مورد بررسی قرار می گیرد. مدارهای زمین کم هزینه کمتری را ارائه می دهند و مدارهای براندون راحتی آنتن های زمینی ثابت را ارائه می دهند. یک مجموعه مربع از ایستگاه های زمینی ("تنوع چهار") برای تسکین میرایی لیزر در نظر گرفته شده است و تنوع مرتبه بالاتر در نظر گرفته شده است. ده پیوند لیزر سیلیکون میکرون جلال برای قابلیت اطمینان بالا ، اندازه گیری دمای زمینی و ضعف ابر کم برای قدرت تمیز زمینی مورد بررسی قرار گرفته است. حتی میرایی پایین برای پیوندهای ماهواره ای و هوایی یافت می شود.

سیستم های رله داده های فضایی نوری برای مطابقت یا فراتر از قابلیت های ارتباطی RF ، به ظرفیت های دوم (TBPS) نیاز دارند. یک مطالعه قبلی نشان داده است که اجرای این پیوندهای فیدر نوری با ظرفیت بالا از طریق یک صورت فلکی سنتی جغرافیایی ، چالش های توسعه قابل توجهی را ایجاد می کند. صورتهای فلکی ماهواره ای در مدار زمین کم (LEO) ، که در محدوده های قابل توجهی کوتاه تر فعالیت می کنند ، نشان داده شد که پتانسیل پشتیبانی از پیوندهای فیدر TBPS را با استفاده از قابلیت های فنی سیستم های ارتباطی نوری فضای آزاد فعلی دارد. با این حال ، صورتهای فلکی لئو ، چالش های منحصر به فردی از جمله نگهداری صورت فلکی پیچیده ، مشبک پویا و مسیریابی داده ها و دوره های تماس کوتاه با ایستگاه های زمینی را ارائه می دهند. ما هندسه های صورت فلکی و سایت های ایستگاه زمینی را برای تعیین حداقل نیازهای سیستم برای حفظ پیوندهای فیدر فضا به زمین برای صورت فلکی لئو ارزیابی می کنیم. الزامات سیستم شامل تنوع سایت و افزونگی برای جبران آب و هوای محلی است. ما داده های هواشناسی تاریخی را بررسی می کنیم تا نتیجه گیری های صورت فلکی و ارزیابی تنوع سایت را آزمایش کنیم. شبیه سازی جمع آوری داده ها و انتقال از طریق صورتهای فلکی لئو و پیوندهای فیدر فضا به زمین انجام می شود.

در سالهای اخیر ، پروتکل های ارتباطی نوری که به اختلالات جوی برای نزدیک به زمین مقاوم هستند ، در کمیته مشاوره برای سیستم داده های فضایی (CCSDS) مورد بحث قرار گرفته است. ما قالب اصلاح خطای پیش رو (FEC) خود را به کمیته پیشنهاد کردیم تا با تعادل پیچیدگی و عملکرد آن گزینه بهتری ارائه دهیم. FEC از کد محصول Reed-Solomon (RS-PC) تشکیل شده است که برای خطای پشت سر هم قوی است و به عنوان یک فرمت دیسک نوری اتخاذ شده است زیرا آنها معمولاً از خطای پشت سر هم ناشی از خراش ، اثر انگشت و سایر موادی هستند که باعث اختلال در نور لیزر می شوندبشرما در نظر گرفتیم که این ویژگی همچنین قادر به استفاده از اصلاح خطای پشت سر هم به دلیل اختلال در جوی بوده و با استفاده از FEC پیشنهادی بین ایستگاه فضایی بین المللی و ایستگاه نوری که در ژاپن واقع شده است ، ارتباطات اترنت نوری را با موفقیت نشان داد. با این حال ، عملکرد RS-PC برای ارتباط نوری فضای آزاد هنوز از نظر کمی مورد بحث قرار نگرفت. در اینجا ما در مورد ساختار فرمت FEC پیشنهادی با جزئیات و منحنی نرخ خطای بیت آن (BER) که تحت شرط کانال محو شده شبیه سازی شده است ، بحث می کنیم. ما همچنین در مورد استحکام خطای پشت سر هم می توان در مکاتبات با وضعیت کانال جو با هماهنگی چندین بلوک FEC تنظیم کرد. علاوه بر این ، عملکرد BER بدون تغییر قالب FEC با اعمال اصلاح تکراری و تصحیح پاک کردن می تواند بهبود یابد. نتیجه شبیه سازی نشان می دهد که FEC پیشنهادی می تواند عملکرد بهتری را در مقایسه با یک کد تک تک سلیمان تحقق بخشد. از نظر قابلیت تصحیح خطا ، کدهای تصمیم گیری نرم مانند بررسی برابری چگالی کم (LDPC) و کدهای حلقوی همخوانی سریال (SCCC) عملکرد بهتری را ارائه می دهند ، اما مزیت RS-PC این است که می توان آن را با کوچکتر و کمتر اجرا کردمدارهای مصرف کننده انرژی نسبت به این مدولها. این نشان می دهد که فرمت FEC پیشنهادی می تواند یک رویکرد امیدوار کننده به ویژه برای یک راه حل در مدار باشد که از منبع قدرت محدود پشتیبانی می کند.

در این کار ، ما یک مدل عددی برای انتشار یک پرتو گاوسی از طریق صفحه نمایش فاز Kolmogorov تحت رژیم تلاطم ضعیف ایجاد می کنیم. روش عددی از الگوریتم تقسیم مرحله دوم (SSM) برای انجام محاسبات عددی استفاده می کند. از مدل طیف قدرت Kolmogorov برای توصیف شرایط تلاطم جو استفاده می شود. مدل پیشنهادی همچنین باید انعطاف پذیری را برای افزایش دقت محاسبات ، سرعت و استفاده از حافظه فراهم کند. ما دریافتیم که FWHM از مشخصات گاوسی به حدود 25 ٪ از حداکثر شدت پرتو اولیه کاهش یافته است ، اما شکل پس از انتشار از طریق صفحه نمایش تک فاز تحت رژیم تلاطم ضعیف تغییر شکل نمی یابد. از طرف دیگر ، هنگامی که پرتو از طریق صفحه های چند فاز و در نوسانات جو متوسط ارسال می شود ، تداخل بین پرتو و صفحه نمایش دو فاز منجر به تغییر شکل جزئی شکل پرتو و انسجام بیشتر می شود. روش SSM عملکرد بسیار کارآمد در انتشار پرتو با استفاده از تبدیل فوریه و تبدیل معکوس فوریه را نشان داد.

از آنجا که صورتهای فلکی ماهواره ای همچنان به گسترش می پردازند و تقاضای ظرفیت رشد می کنند ، ارتباطات نوری فضای آزاد (FSO) یک جایگزین مکمل برای سیستم های RF برای شبکه های ارتباطی ماهواره ای با هوا کم ارائه می دهد. سیستم های FSO می توانند از پهنای باند پیوند بالاتر پشتیبانی کنند و امنیت داده های بالایی را بدون محدودیت های طیفی RF ارائه دهند. با این حال ، عملکرد پیوندهای FSO-LEO می تواند به طور قابل توجهی تحت تأثیر تغییر قدرت ناشی از انتشار و تلفات پراکندگی به همراه تلفات ناشی از تلاطم جوی باشد. در اینجا ، ما شکل های موج دیجیتال تشخیص داده شده ، تشخیص مستقیم (IM/DD) را بررسی می کنیم که می توانند با شرایط پیوند پویا در حال تغییر برای بهینه سازی استفاده از پهنای باند سازگار شوند. با استفاده از یک سیستم پخش اسکینتیلاسیون آزمایشگاهی ، عملکرد موج های BPSK ، QPSK و 8PSK ارائه می شود و با مدل سازی نظری مقایسه می شود. تأثیر تساوی تطبیقی مشخص خواهد شد و عملکرد اولیه یک معماری چند کانال IM/DD ارائه می شود.

در این گفتگو ، ما استفاده از پیوندهای نوری فضای آزاد (FSO) را به سیستم های ماهواره ای Orbit (LEO) Low Earth (LEO) و ترکیب آنها در مدل های معماری شبکه بزرگتر بررسی می کنیم. مدل های پیوند FSO برای پیش بینی کیفیت پیوند پویا به ترمینال سطح به یک ترمینال LEO ارائه شده است. ما همچنین طراحی و توسعه قابلیت های شبیه سازی و شبیه سازی شبکه را برای تجزیه و تحلیل استفاده از مدل های پیوند پویا FSO-LEO در معماری شبکه ارتباطی گسترده تر بیان می کنیم. ما یک نمایش شبیه سازی اولیه شبکه از مدل های پیوند FSO-LEO شامل انتقال داده بین دو ناظر سطح و رویدادهای ماهواره ای لئو فرصت طلب چندگانه را ارائه می دهیم.