CC BY
20УДК 1
Нагишкин Д.А.
студенты 5 курса, напр. «Системы обеспечения движения поездов», Красноярский институт железнодорожного транспорта Иркутский государственный университет путей сообщения
(г. Красноярск, Россия)
Научный руководитель: Колмаков В.О.
к.т.н.,
Красноярский институт железнодорожного транспорта Иркутский государственный университет путей сообщения
(г. Красноярск, Россия)
ПРОЕКТ ПЕРЕДАТЧИКА ФОТОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ
ДИАПАЗОНЕ ВОЛН. СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА
Аннотация: в статье рассматривается проект передатчика фотонной системы управления. Способ передачи информации с использованием ультрафиолетового диапазона. Способы применения данного вида передачи. Описание передатчика. Достоинста системы и ее недостатки.
Ключевые слова: фотон, передача данных, ультрафиолет, способы передачи, световой поток, модуляция.
Данный метод передачи информации относится к области связи, а именно к беспроводной связи и может быть использован для передачи закодированной цифровой информации между абонентскими устройствами.
Известны способы использования света в качестве среды для скрытой передачи информации. Одно из решений, описывающих скрытую систему связи с использованием света в качестве средства передачи, было раскрыто в патенте США № 2858421 от 28.10.1958г. В данном решении использовали электрическую газоразрядную трубку с разряженным газом, радиочастотное или импульсное возбуждение газа, причем сигнал возбуждения модулировался с помощью обычной амплитудной, частотной или других методов модуляции.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ, включающий передачу информации с помощью ультрафиолетового света, причем для модуляции интенсивности световой волны применяют электрооптический модулятор света на эффекте Поккельса. [Hatton J. James, Janusas Saulius //Патент США №5307194A. Дата публикации: 26.04.1994]. Согласно способу для передачи информации используют источник ультрафиолетового света (далее УФ), представляющий ртутную дуговую лампу и модулятор света, работающий на основе ячейки Поккельса. Для модуляции УФ света использование частотной или импульсной модуляции является предпочтительным, поскольку оно значительно уменьшает помехи от внешних источников ультрафиолетового излучения, таких как солнце, молнии и т.д.
Однако использование электрооптического модулятора света на эффекте Поккельса накладывает ограничения на быстродействие системы, так как данному модулятору свойственна малая инерционность, позволяющая модулировать свет до частот порядка 10МГц (частота несущей). При этом следует отметить, что верхняя граница частоты модуляции чаще всего определяется ёмкостью самого модулятора (изолятор и его обкладки) и в реальности оказывается на несколько порядков ниже, т.е. до частоты 100кГц, что эквивалентно скорости передачи информации примерно 0,01 Мбит/сек.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, обеспечивающего высокоскоростную передачу цифровой информации между абонентскими устройствами с использованием ультрафиолетового диапазона.
Технический результат заключается в возможности повышения скорости передачи информации с использованием ультрафиолетового диапазона в несколько раз, по сравнению с сигналом, сформированным с использованием электрооптического модулятора света на эффекте Поккельса, за счет одновременной передачи информации по двум независимым каналам и частотно-импульсной модуляции полученного многоуровневого сигнала, поступающего на источник УФ излучения, в качестве которого используют светодиод УФ-диапазона.
Поставленная задача достигается тем, что в способ передачи информации с использованием ультрафиолетового диапазона, включающий передачу информации посредством генерации ультрафиолетового света с использованием источника ультрафиолетового света, модуляцию передаваемого сигнала в передатчике, внесены следующие новые признаки/
Данные признаки в совокупности из уровня техники не известны, так же, как и влияние наличия этих признаков на повышение скорости передачи информации с использованием ультрафиолетового диапазона более чем в 10 раз, по сравнению с сигналом, сформированным с использованием электрооптического модулятора света на эффекте Поккельса, за счет одновременной передачи информации по двум независимым каналам и частотно-импульсной модуляции полученного группового многоуровневого сигнала, поступающего на источник УФ излучения, в качестве которого используют светодиод.
Сущность изобретения поясняется изображениями, представленными на фигурах:
Фиг.1 - Схема осуществления передачи информации с использованием ультрафиолетового диапазона.
Фиг.2 - Временная диаграмма группового многоуровневого сигнала (красный цвет) и временная диаграмма модулированного группового сигнала (синий цвет), полученного на передатчике.
Фиг.3 - Временная диаграмма сигнала с выхода фотодиода приемника.
Фиг.4 - Схема приема и обработки информации, полученной в ультрафиолетовом диапазоне.
Фиг.5 - Таблица, в которой представлены значения скорости передачи информации по предложенному способу при различных параметрах длительности одного элемента М-последовательности, состоящей из 7
элементов.
Способ передачи информации с использованием ультрафиолетового диапазона, включающий передачу информации посредством генерации ультрафиолетового света с использованием в качестве источника
ультрафиолетового света светодиода УФ диапазона, для чего передаваемые данные в виде информационной последовательности бит, распределяютмежду двумя каналами передачи, формируя тем самым две канальные последовательности; при этом в первом канале элементу канальной последовательности, принимающему значение «1», ставят в соответствие заранее сформированную в сдвиговом регистре псевдослучайную М-последовательность №1, а элементу канальной последовательности, принимающей значение «0», ставят в соответствие заранее сформированную в сдвиговом регистре псевдослучайную М-последовательность .№2, одновременно во втором канале элементу канальной последовательности, принимающем значение «1», ставят в соответствие заранее сформированную в сдвиговом регистре псевдослучайнуюМ-последовательность№3, а элементу канальной последовательности, принимающем значение «0», ставят в соответствие заранее сформированную в сдвиговом регистре псевдослучайную М-последовательность №4; причем длительность псевдослучайных М-последовательностей №1-№4 составляет №т, где N - количество элементов в М-последовательности, а т - длительность одного её элемента, затем получают групповой многоуровневый сигнал длительностью путем суммирования полученной в первом канале М-последовательности №1 или М-последовательности №2 с полученной во втором канале М-последовательности №3 или Мпоследовательности №4, осуществляют частотно-импульсную модуляцию группового многоуровневого сигнала в модуляторе, выполняют преобразование модулированного группового сигнала в драйвере УФ-диода в последовательность импульсов тока, управляющих освещенностью УФ-диода, который излучает в направлении приемника световой поток в ультрафиолетовом диапазоне, интенсивность которого соответствует форме модулированного группового сигнала; указанный световой поток в ультрафиолетовом диапазоне поступает на фотодиод приемника, затем в усилитель мощности и далее поступает на аналогово-цифровой преобразователь, после которого результат
оцифровки записывают в регистр памяти приемника; из регистра памяти приемника сигнал поступает на блок-разделитель, в котором осуществляют разделение Стр.: 12 RU 2 753 382 C1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 сигнала на четыре одинаковых параллельных сигнала - по два на каждый канал приемника, каждый из которых поступает каждый на свой умножитель в первом и втором канале приемника, где перемножаются в первом канале с заранее сформированными в линейном сдвиговом регистре псевдослучайными Мпоследовательностями .№1 и №2, во втором канале с заранее сформированными в линейном сдвиговом регистре псевдослучайными М-последовательностями №3 и №4, с выходов умножителей первого канала приемника сигналы одновременно поступают на входы блока обработки первого канала приемника, с выходов умножителей второго канала приемника сигналы одновременно поступают на входы блока обработки второго канала приемника, где производят интегрирование и распознавание поступающих сигналов и откуда распознанные информационные символы «1» или «0» поступают на блок информационной последовательности приемника, где их сохраняют.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Википедия - электронная библиотека. Ульрафиолетовое излучение [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ультрафиолетовое_излучение - (дата обращения 16.12.2021).
Zoom cNews - Научный портал. ультрафиолетовое излучение как линия передачи данных [Электронный ресурс] URL:
https://zoom.cnews.ru/md/article/item/ultrafioletovye_svetodiody_reshili_glavnuyu_problemu_opti cheskoj - (дата обращения 18.12.2021).
Google Patents - Сборник патентов. Инфракрасный канал передачи данных - интерфейсТОА [Электронный ресурс] URL: https://patents.google.com/patent/RU2753382C1/ru - (дата обращения 15.12.2021).
РЦИС - интеллектуальная собственность. Передатчик фотонной системы управления [Электронный ресурс] URL: http://rcis.bsu.edu.ru/rcis/1 - (дата обращения 20.12.2021).
Элементы - новостной портал. Передача информации с помощью фотонов [Электронный ресурс] URL:
https://elementy.ru/novosti_nauki/432198/Peredacha_informatsii_zakruchennymi_fotonami_rabota et_i_v_realnoy_atmosfere - (дата обращения 12.12.2021).
Nagishkin D.A.
5th year students, e.g. "Train traffic support systems", Krasnoyarsk Institute of Railway Transport Irkutsk State University of Railway Transport (Krasnoyarsk, Russia)
Scientific supervisor: Kolmakov V.O.
Candidate of Technical Sciences, Krasnoyarsk Institute of Railway Transport Irkutsk State University of Railway Transport (Krasnoyarsk, Russia)
PHOTONIC TRANSMISSION PROJECT CONTROL SYSTEMS IN ULTRAVIOLET THE WAVE RANGE. A METHOD OF TRANSMITTING INFORMATION USING THE ULTRAVIOLET RANGE
Abstract: the article discusses the project of a photonic control system transmitter. A method of transmitting information using the ultraviolet range. Methods of application of this type of transmission. Description of the transmitter. Advantages of the system and its disadvantages.
Keywords: photon, data transmission, ultraviolet, transmission methods, luminous flux, modulation.
