Optische Kommunikation

Eine Marine Signallampe, eine Form der optischen Kommunikation, die Fensterläden verwendet und normalerweise mit verwendet wird Morse-Code (2002)

Optische Kommunikation, auch bekannt als Optische Telekommunikation, ist Kommunikation in einer Entfernung mit hell Informationen tragen. Es kann visuell oder durch Verwendung durchgeführt werden elektronische Geräte. Die frühesten grundlegenden Formen der optischen Kommunikation haben mehrere Jahrtausende zurück Photophon, 1880 erfunden.

Eine optische Kommunikationssystem verwendet a Sender, was a codiert a Botschaft in eine optische Signal, a Kanal, was das Signal an sein Ziel trägt und a Empfänger, was die Nachricht vom empfangenen optischen Signal reproduziert. Wenn elektronische Geräte nicht verwendet werden, ist der „Empfänger“ eine Person, die ein Signal visuell beobachtet und interpretiert, was entweder einfach sein kann (wie das Vorhandensein von a Leuchtfeuer) oder komplex (wie Lichter mit Farbcodes oder in a geblitzt Morse-Code Reihenfolge).

Die moderne Kommunikation beruht auf optischen Netzwerksystemen mit Verwendung Glasfaser, Optische Verstärker, Laser, Schalter, Routerund andere verwandte Technologien. Freiraum optische Kommunikation Verwenden Sie Laser, um Signale im Weltraum zu übertragen, während terrestrische Formen durch Geografie und Wetter natürlich begrenzt sind. Dieser Artikel bietet eine grundlegende Einführung in verschiedene Formen der optischen Kommunikation.

Visuelle Formen

Visuelle Techniken wie z. Rauch signale, Leuchtfeuer feuert, Hydraulische Telegraphen, Schiffsflaggen und Semaphor -Linien waren die frühesten Formen der optischen Kommunikation.[1][2][3][4] Hydraulische Telegraphen -Semaphoren stammen aus dem 4. Jahrhundert v. Chr. Griechenland. Not fällt werden immer noch von Mariners in Notfällen verwendet Leuchttürme und Navigationslichter werden verwendet, um Navigationsrisiken zu kommunizieren.

Das Heliograph verwendet a Spiegel zu reflektieren Sonnenlicht zu einem entfernten Beobachter.[5] Wenn ein Signalgeber den Spiegel zum Sonnenlicht reflektiert, sieht der entfernte Beobachter Lichtblitze, mit denen ein vorgefertigter Signalcode übertragen werden kann. Marine Schiffe oft genutzt Signallampen und Morse-Code auf eine ähnliche Art und Weise.

Flugzeugpiloten oft genutzt Visualansatz Steigindikator (VASI) projizierte Lichtsysteme, um sicher, insbesondere nachts, sicher zu landen. Militärflugzeug landen auf einem Flugzeugträger Verwenden Sie ein ähnliches System, um auf einem Trägerdeck richtig zu landen. Das farbige Lichtsystem vermittelt die Höhe des Flugzeugs relativ zu einer Standardlandung Gleitweg. Auch, Flughafenkontrolltürme Noch verwenden Aldis -Lampen Anweisungen an Flugzeuge übertragen, deren Radios ausgefallen sind.

Semaphor -Linie

Hauptartikel: Semaphor -Linie
Eine Nachbildung von einem von Chappes Semaphorürme (18. Jahrhundert).

A "Semaphor Telegraph", auch als 'genannt'Semaphor Linie ',' Optical Telegraph ',' Shutter Telegraph Chain ',' Chappe Telegraph 'oder' Napoleonic Semaphor 'ist ein System, das zur Vermittlung von Informationen mittels visueller Signale verwendet wird, indem sie Türme mit drehenden Armen oder Fensterläden verwenden, die auch als Klingen bezeichnet werden, auch als Klingen bezeichnet oder Paddel. Informationen werden durch die Position der mechanischen Elemente kodiert. Es wird gelesen, wenn sich der Verschluss in einer festen Position befindet.[2][6]

Semaphor -Linien waren ein Vorläufer der elektrischer Telegraph. Sie waren weitaus schneller als Postfahrer Für die Übermittlung einer Nachricht über lange Strecken, aber weitaus teurer und weniger privat als die elektrischen Telegraphenlinien, die sie später ersetzen würden. Die maximale Entfernung, die ein Paar Semaphor -Telegraphenstationen überbrücken kann, wird durch die Geographie, das Wetter und die Verfügbarkeit von Licht begrenzt. In der praktischen Verwendung verwendeten die meisten optischen Telegraphen daher Linien von Relaisstationen, um längere Entfernungen zu überbrücken. Jede Relaisstation würde auch die Ergänzung zu qualifizierten Bediener-Beobachtern erfordern, um Nachrichten über die Linie hin und her zu vermitteln.

Das moderne Design von Semaphoren wurde erstmals von den Briten vorgesehen Polymath Robert Hooke, der zum ersten Mal einen lebhaften und umfassenden Überblick über visuelle Telegraphie in einer Einreichung von 1684 an die gab königliche Gesellschaft. Sein Vorschlag (der durch militärische Bedenken motiviert war Schlacht von Wien Das vorhergehende Jahr) wurde zu Lebzeiten nicht in die Praxis umgesetzt.[7][8]

Die erste operative optische Semaphoren -Linie kam 1792 an, die vom französischen Ingenieur erstellt wurde Claude Chappe und seine Brüder, denen es gelungen war, abzudecken Frankreich mit einem Netzwerk von 556 Stationen, die eine Gesamtentfernung von 3.000 Meilen (3.800 Kilometer) dehnen. Es wurde bis in die 1850er Jahre für militärische und nationale Kommunikation verwendet.

Viele nationale Dienste nahmen Signalsysteme an, die sich vom Chappe -System unterscheiden. Zum Beispiel, Großbritannien und Schweden Angenommene Systeme von geschlossenen Panels (im Widerspruch zur Behauptung der Chappe -Brüder, dass abgewinkelte Stangen sichtbarer sind). Im Spanien, die Ingenieurin Agustín de Betancourt entwickelte sein eigenes System, das von diesem Staat übernommen wurde. Dieses System wurde von vielen Experten in Europa besser angesehen als Chappes, selbst in Frankreich.

Diese Systeme waren Ende des 18. bis frühen 19. Jahrhunderts beliebt, konnten jedoch nicht mit dem konkurrieren elektrischer Telegraphund ging bis 1880 völlig außer Betrieb.[1]

Semaphor -Signalflaggen

Hauptartikel: Flag -Semaphor
Ein Marinesignaler, der eine Nachricht von Flag Semaphore (2002) überträgt.

Semaphor -Flaggen sind das System zur Vermittlung von Informationen in einiger Entfernung mittels visueller Signale mit Handflaggen, Stangen, Scheiben, Paddeln oder gelegentlich nackten oder behandschuhten Händen. Informationen werden durch die Position der Flaggen, Objekte oder Arme kodiert. Es wird gelesen, wenn sie sich in einer festen Position befinden.

Semaphoren wurden übernommen und weit verbreitet (mit Handheld Flaggen Ersetzen der mechanischen Arme von Verschlusssemaphoren) in der maritimen Welt im 19. Jahrhundert. Sie werden immer noch verwendet Nach dem Nachschub auf See unterwegs und sind für die Notfallkommunikation bei Tageslicht oder mit beleuchteten Zauberstäben anstelle von Flags nachts akzeptabel.

Das neuere Semaphor -System für Flaggen verwendet zwei kurze Pole mit quadratischen Flaggen, die ein Signalgeber in verschiedenen Positionen hält, um Buchstaben des Alphabets und der Zahlen zu vermitteln. Der Sender hält einen Pol in jeder Hand und erweitert jeden Arm in eine von acht möglichen Richtungen. Mit Ausnahme der Restposition können sich die Flaggen nicht überlappen. Die Flaggen werden unterschiedlich geprägt, basierend darauf, ob die Signale auf See oder an Land gesendet werden. Auf See sind die Fahnen rot und gelb gefärbt (die Oscar -Flaggen) Während sie an Land sind, sind sie weiß und blau (die Papa -Flaggen). Flaggen sind nicht erforderlich, sie machen die Charaktere nur offensichtlicher.

Signallampen

Hauptartikel: Signallampe und Luftfahrtlichtsignale
Ein Fluglotse Halten Sie eine Signallichtpistole, mit der Flugzeuge mit einem Funkversagen geleitet werden können (2007).

Signallampen (wie Aldis -Lampen) sind visuelle Signalisierungsgeräte für die optische Kommunikation (typischerweise unter Verwendung von Morsecode). Moderne Signallampen sind eine fokussierte Lampe, die einen Lichtpuls erzeugen kann. In großen Versionen wird dieser Impuls erreicht, indem die vor der Lampe montierten Fensterläden entweder über einen manuell betriebenen Druckschalter oder in späteren Versionen automatisch geöffnet und geschlossen werden.

Mit handgehaltenen Lampen, a konkaver Spiegel wird von einem Auslöser geneigt, das Licht in Impulse zu fokussieren. Die Lampen sind normalerweise mit irgendeiner Form von optischem Anblick ausgestattet und werden am häufigsten auf Marineschiffen eingesetzt und auch in Flughafenkontrolltürmen mit codiertem Coded verwendet Luftfahrtlichtsignale.

Luftfahrtlichtsignale werden im Fall von a verwendet Radioausfall, ein Flugzeug Nicht mit einem Radio oder bei einem hörgeschädigten Piloten ausgestattet. Fluglotsen Habe lange Signalpistolen verwendet, um solche Flugzeuge zu lenken. Die Lampe der Lichtpistole hat einen fokussierten hellen Strahl, der drei verschiedene Farben emittieren kann: Rot, Weiß und Grün. Diese Farben können blinkend oder konstant sein und bieten Flugzeuge im Flug oder auf dem Boden unterschiedliche Anweisungen (z. B. "zum Land gelöscht" oder "für den Start" geräumt). Piloten können die Anweisungen anerkennen, indem sie die Flügel ihres Flugzeugs wackeln und ihre bewegen Querruder Wenn sie auf dem Boden sind oder durch Blitzen ihres Landung oder Navigationslichter nachts. Nur 12 einfache standardisierte Anweisungen werden mit Signallichtpistolen an Flugzeuge gerichtet, da das System nicht mit verwendet wird Morse-Code.

Heliograph

Heliograph: Australier, die ein Heliograph in Nordafrika verwenden (1940).
Hauptartikel: Heliograph

A Heliograph (griechisch: Ἥλιος Helios, bedeutet "Sonne" und γραφειν Graphein, was "schreiben") ist eine drahtlose Solar ist Telegraph Das signalisiert nach Blitzen von Sonnenlicht (im Allgemeinen Verwenden Morse-Code) reflektiert durch a Spiegel. Die Blitze werden erzeugt, indem der Spiegel momentan geschwenkt wird oder den Strahl mit einem Verschluss unterbricht.

Das Heliograph war ein einfaches, aber wirksames Instrument für die sofortige optische Kommunikation über große Entfernungen im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert. Die Hauptverbrauchs waren militärisch, Umfragen und Waldschutz. Sie waren bis in die 1960er Jahre eine Standardausgabe in den britischen und australischen Armeen und wurden von der pakistanischen Armee erst 1975 verwendet.[5]

Elektronische Formen

In der heutigen Zeit übertragen und empfangen eine Vielzahl von elektronischen Systemen Informationen, die von Lichtimpulsen getragen werden. Faser-optische Kommunikation Kabel werden verwendet, um elektronische Daten und Telefonverkehr zu tragen. Freiraum optische Kommunikation werden auch täglich in verschiedenen Anwendungen verwendet.

Glasfaser

Hauptartikel: Faser-optische Kommunikation

Glasfaser ist die häufigste Art von Kanal für die optische Kommunikation. Die Sender in optischen Faserverbindungen sind im Allgemeinen Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden. Infrarot Licht wird häufiger verwendet als sichtbares Licht, weil optische Fasern Infrarotwellenlängen mit weniger übertragen Dämpfung und Dispersion. Die Signalcodierung ist normalerweise einfach Intensitätsmodulation, obwohl historisch optische Phase und Frequenzmodulation wurden im Labor demonstriert. Das Bedürfnis nach regelmäßig Signalregeneration wurde weitgehend durch die Einführung der Einführung der Erbium-dotierter Faserverstärker, die Verbindungsabstände mit erheblich niedrigeren Kosten erweiterten. Die kommerzielle Einführung von Dicht Wellenlängen-Division-Multiplexing (WDM) 1996 von Ciena Corp war der wahre Beginn der optischen Netzwerke.[9][10] WDM ist jetzt die gemeinsame Basis fast jedes optische System mit hoher Kapazität der Welt[11]

Die ersten optischen Kommunikationssysteme wurden von Optelecom, Inc. an die US -Armee und Chevron entworfen und geliefert.[12] Das von Gordon Gould, dem Erfinder des optische Verstärkers, begründete Unternehmen[13] und der Laser.[14]

Photophon

Hauptartikel: Photophon

Das Photophon (ursprünglich einen alternativen Namen gegeben, Radiophon) ist ein Kommunikationsgerät, das die erlaubt hat Übertragung von Sprache auf einem Strahl von hell. Es wurde gemeinsam von erfunden von Alexander Graham Bell und sein Assistent Charles Sumner Tainter Am 19. Februar 1880 im Bell's 1325 'L' Street Laboratory in Washington, D.C.[15][16] Beide sollten später vollständige Mitarbeiter in der Volta Laboratory Association, geschaffen und finanziert von Bell.

Am 21. Juni 1880 übermittelte Bells Assistent eine telefonische Meldung von drahtloser Sprache von beträchtlicher Entfernung vom Dach des Daches Franklin School Zum Fenster von Bells Labor, etwa 213 Meter entfernt.[17][18][19][20]

Bell glaubte, dass das Photophon sein wichtigstes war Erfindung. Von 18 Patente Zugegeben in Bells Namen allein und die 12, die er mit seinen Mitarbeitern teilte, waren vier für das Photophon, das Bell als seine bezeichnete 'größter Erfolg'und erzählte einem Reporter kurz vor seinem Tod, dass das Photophon war "Die größte Erfindung [ich habe] jemals gemacht, größer als das Telefon".[21]

Das Photophon war ein Vorläufer der Faser-optische Kommunikation Systeme, die die beliebte weltweite Nutzung beginnend in den 1980er Jahren erreichten.[22][23][24] Das Master -Patent für das Photophon (US -Patent 235.199 Apparat für Signale und Kommunikation, Photophon genannt), wurde im Dezember 1880 ausgestellt,[19] Viele Jahrzehnte vor den Prinzipien wurden praktische Anwendungen aufgenommen.

Freiraum optische Kommunikation

Hauptartikel: Freiraum optische Kommunikation und Optische drahtlose Kommunikation

FOSO-Systeme (Frea-Space Optics) werden für 'verwendet.letzte Meile' Telekommunikation und kann über Entfernungen von mehreren Kilometern funktionieren, solange es klar ist Sichtlinie Zwischen der Quelle und dem Ziel und dem optischen Empfänger können die übertragenen Informationen zuverlässig dekodieren.[25] Andere Freiraumsysteme können hochkarätige Langstreckenverbindungen mit kleinen Subsystemen mit geringer Masse mit geringem Stromverbrauch liefern, die sie für die Kommunikation im Weltraum geeignet machen.[26] Verschiedene geplante Satellitenkonstellationen Die globale Breitbandabdeckung bereitstellen und diese Vorteile nutzen und beschäftigen Laserkommunikation Für Intersatellitenverbindungen zwischen den mehreren hundert bis tausend Satelliten effektiv ein raumbasierter Schaffung eines raumbasierten Erstellens Optisches Netznetzwerk.

Im Allgemeinen wird die Übertragung von ungeleiteten optischen Signalen als bekannt als bekannt als Optische drahtlose Kommunikation (OWC). Beispiele sind mittelschwer Kommunikation der sichtbaren Licht und Kurzstrecken Irdamit Infrarot -LEDs.

Siehe auch

Verweise

Zitate

  1. ^ a b Kapitel 2: Semaphorsignalübertragung ISBN978-0-86341-327-8 Kommunikation: Eine internationale Geschichte der prägenden Jahre R. W. Burns, 2004
  2. ^ a b Telegraph Band 10, Encyclopædia Britannica, 6. Ausgabe, 1824 S. 645-651
  3. ^ "Nation Park Service Fire History Timeline".
  4. ^ "Lewis und Clark Journals, 20. Juli 1805".
  5. ^ a b Harris, J.D. Draht im Krieg - Signale Kommunikation im südafrikanischen Krieg 1899–1902. Abgerufen am 1. Juni 2008. Beachten Sie eine Diskussion über die Verwendung des Heliographen während des Burenkrieges.
  6. ^ Telegraph, Band 17 der Edinburgh Encyclopaedia, S. 664-667, 1832 David Brewster, hrsg.
  7. ^ Calvert, J.B. Der Ursprung des Eisenbahn -Semaphors, Boston Universität, 15. April 2000, überarbeitet am 4. Mai 2007.
  8. ^ McVeigh, Daniel P. Eine frühe Geschichte des Telefons: 1664-1865, Teil 2 Archiviert 2012-11-28 bei der Wayback -Maschine, Columbia University in der Stadt New York, Institute for Learning Technologies, 2000.
  9. ^ Markoff, John (1997-03-03). "Die Glasfaser-optische Technologie zieht den Rekordwert des Aktienwerts". Die New York Times. ISSN 0362-4331. Abgerufen 2021-11-08.
  10. ^ Cvijetic, Milorad (2013). Erweiterte optische Kommunikationssysteme und Netzwerke. Ivan Djordjevic. Boston. ISBN 978-1-60807-556-0. OCLC 875895386.
  11. ^ Grobe, Klaus; Eiselt, Michael (2013). Multiplexing der Wellenlänge Division: Ein praktischer Engineering -Leitfaden (Wiley -Serie in reiner und angewandter Optik). Wiley; 1. Auflage. p. 2.
  12. ^ Nick, Taylor (2019). Laser: Der Erfinder der Nobelpreisträger und der dreißigjährige Patentkrieg. Jonas Street Books. p. 226.
  13. ^ Nick, Taylor (2019). Laser: Der Erfinder der Nobelpreisträger und der dreißigjährige Patentkrieg. Jones Street Books. p. 212.
  14. ^ Nick, Taylor (2019). Laser: Der Erfinder der Nobelpreisträger und der dreißigjährige Patentkrieg. Jones Street Books. p. 283.
  15. ^ Bruce 1990, S. 336
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  17. ^ Bruce 1990, S. 338
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  23. ^ Miller, Stewart E. "Lichtwellen und Telekommunikation", Amerikanischer Wissenschaftler, Sigma XI, The Scientific Research Society, Januar bis Februar 1984, vol. 72, Nr. 1, S. 66-71, Stabile URL ausgeben.
  24. ^ Gallardo, Arturo; Mims III, Forrest M. Die faseroptische Kommunikation begann vor 130 Jahren, San Antonio Express-News, 21. Juni 2010. Zugriff am 1. Januar 2013.
  25. ^ Clint Turner (3. Oktober 2007). "Ein 173 Meilen großer 2-Wege-Allelektronik-Optik-Kontakt". Modulierte Lichtwebsite. Abgerufen 28. Juni, 2011.
  26. ^ Wilson, K. (2000-01-04). "Jüngste Entwicklung in der optischen Kommunikation mit hoher Daten bei JPL". Jet Propulsion Laboratory. NASA Technical Reports Server. HDL:2014/18156.

Literaturverzeichnis

Weitere Lektüre