Jak ona działa?
W telekomunikacji pod terminem „komunikacja optyczna” rozumie się zwykle komunikację z wykorzystaniem światłowodów, czyli przewodową. Światłowody zapewniają fali świetlnej dobre warunki propagacji i umożliwiają komunikację na duże odległości i z dużymi prędkościami. Ale to nie jedyny sposób komunikacji za pomocą światła, bo można to robić także bezprzewodowo, kiedy modulowane wiązki światła propagują bezpośrednio w powietrzu (lub też w przestrzeni kosmicznej).
Nazywamy to komunikacją optyczną w otwartej przestrzeni (FSO lub FSOC, czyli Free Space Optical Communication). Urządzenie nadawcze (Tx) zamienia sygnały elektryczne w impulsy światła i wysyła je w przestrzeń (zależnie od zastosowania szerokim stożkiem lub wąziutką wiązką), a odbiorcze (Rx) zamienia dochodzące do niego światło z powrotem na sygnał elektryczny. W praktyce warto by nadajnik z odbiornikiem były jednym urządzeniem (a dwie wiązki światła mogą lecieć naprzeciwko siebie nie wpływając na siebie).
Komunikacja optyczna w otwartej przestrzeni ma sporo zalet pozwalających na nowe zastosowania:
- Daje się uzyskać bardzo duże prędkości transmisji. Współczesne rozwiązania osiągają przepustowości rzędu 10 Gb/s.
- Pozwala na komunikację na odległości rzędu kilometrów (a w kosmosie nawet tysięcy kilometrów) przy stosunkowo małym zużyciu energii.
- Jest ją trudniej podsłuchiwać niż komunikację radiową, bo trzeba znaleźć się fizycznie na drodze światła. Ma to swoje korzyści szczególnie w zamkniętych przestrzeniach, bo nie przenika ona przez ściany (co może być wadą w innych zastosowaniach)
- Łącze można zestawić łatwo i szybko.
- Nie trzeba mieć na to żadnych koncesji i przyznawanych częstotliwości, tak jak ma to miejsce w komunikacji radiowej
Ale trzeba przyznać, że ma tez ona kilka istotnych wad:
- Strumień światła może coś przesłonić, choćby przelatujący ptak. Trzeba więc tak planować rozłożenie węzłów by minimalizować to ryzyko
- Deszcz, mgła, czy śnieg mogą czasowo znacząco zmniejszyć przepustowość lub wręcz uniemożliwić transmisję (tego problemu nie ma w pomieszczeniach).
- Nadajnik musi być bardzo dobrze wycelowany w odbiornik. Im większa odległość tym trudniej to osiągnąć, zwłaszcza jeżeli mocowane są na elastycznych strukturach typu maszty. Przy większych odległościach lub mobilnych głowicach wiązką trzeba sterować adaptacyjnie, co wiąże się z większą komplikacją głowic. Można też użyć szerszej wiązki i pogodzić się z większym zużyciem energii. To utrudnia zastosowania mobilne.
- Odbiornik można łatwo oślepić. I to zupełnie legalnym sprzętem (a np. zagłuszanie radia legalne nie jest).
Co z nią robimy?
Bezprzewodowa komunikacja optyczna jest główną osią projektu Perfect. Projekt realizowany jest przez konsorcjum złożone z Heinrich Hertz Institute, VI Systems, Politechniki Warszawskiej i EXATEL. Głównym celem projektu jest opracowanie nowego typu lasera półprzewodnikowego, który będzie szczególnie dobrze przystosowany do komunikacji optycznej ze względu na szybkość działania i profil generowanej wiązki. Zostanie to osiągnięte dzięki konstrukcji struktury składającej się z wielu małych komórek, z których każda jest niezależnym laserem, a odpowiednie sterowanie nimi zapewnia optymalne parametry wiązki. Konstrukcją lasera zajmują się przede wszystkim HHI i VI Systems, a Politechnika Warszawska będzie testować rozwiązanie w skali laboratoryjnej.
Natomiast rolą EXATEL jest opracowanie protokołów komunikacyjnych umożliwiających sprawną i bezpieczna komunikację dla wybranych docelowych produktów wykorzystujących komunikację optyczną. W bardziej złożonych scenariuszach zastosowanie może znaleźć też zastosowanie budowanie sieci z wykorzystaniem rozwiązań SDN opracowywanych przez EXATEL w innych projektach.
Jednak by to osiągnąć trzeba najpierw znaleźć i zwalidować takie obiecujące zastosowania, a jak widać z ramki, pomimo licznych zalet komunikacji optycznej, jej wady mogą te zastosowania ograniczać. Trzeba więc znaleźć takie nisze gdzie wady nie są takie dotkliwe lub są równoważone przez zalety. I takie nisze da się znaleźć. Są np. miejsca gdzie trzeba ograniczyć używanie radia (czyli np. Wi-Fi), albo takie gdzie duże zakłócenie elektromagnetyczne wręcz to uniemożliwiają. Tam optyka sprawdzi się świetnie (kabel oczywiście również, ale nie zawsze kabel jest dobrym wyborem). Powstaje też optyczna alternatywa dla Wi-Fi, czyli Li-Fi (od light).
Dla wybranego najbardziej obiecującego zastosowania powstanie demonstrator technologii, który posłuży do zweryfikowania założeń produktowych i sprawdzenia jak w rzeczywistości komunikacja optyczna radzi sobie w różnych warunkach.
Autor: Wojciech Gołębiowski, Kierownik ds. Projektów Badawczo-Rozwojowych
