Тянем-потянем

После продолжительного периода (а отсчет времени идет здесь не на годы и даже не на десятилетия) относительно спокойного развития беспроводные оптические коммуникации, или Free Space Optical (FSO), из довольно специфического приложения превращаются в одно из самых популярных - и у исследователей, и у инвесторов.

После продолжительного периода (а отсчет времени идет здесь не на годы и даже не на десятилетия) относительно спокойного развития беспроводные оптические коммуникации, или Free Space Optical (FSO), из довольно специфического приложения превращаются в одно из самых популярных - и у исследователей, и у инвесторов.

Инвесторы, стоит заметить, не скупятся: за последние несколько лет Terabeam получила 450 миллионов долларов от Lucent, AirFiber - 50 миллионов от Nortel (общая сумма инвестиций приближается к 100 миллионам долларов), LightPonte - более 33 миллионов только от Cisco и Corning (а суммарно около 50 миллионов), - список можно продолжить. Инвестиции, разумеется, не случайны: по прогнозам аналитиков, объем рынка беспроводной оптики должен увеличиться за ближайшие четыре года в двадцать раз: с нынешних 100 миллионов долларов до 2 миллиардов к 2005 году.

Если же от языка цифр и ожиданий перейти к реальным инсталляциям, то они, увы, пока наперечет. Так, в конце февраля компания Terabeam с воодушевлением сообщила (не коснувшись финансовых деталей) о трех пользователях, подключенных к Интернету по ее технологиям; или, уже в октябре, о подключении к сети оператора Utfors консалтинговой компании Differ - на расстоянии несколько сот метров и со скоростью, как можно догадываться (в пресс-релизе об этом ни слова), несколько сот мегабит в секунду.

Так чего же ожидают инвесторы при таком, как бы помягче сказать, несоответствии слова и дела? Ответ прост: их обнадеживает спрос на услуги передачи данных и некая ниша, которая существует в технологиях удаленного доступа.

Да, оптоволокно может - потенциально - обеспечить неограниченную пропускную способность. Но оно лежит далеко не везде: даже в Штатах оптический кабель подведен не более чем к пяти процентам зданий, а прокладка дополнительных линий в городских условиях - дело и длительное, и дорогостоящее.

Если же говорить о технологиях, использующих существующую медную пару и (или) радиодоступ, то их пропускная способность ограничена несколькими десятками мегабит в секунду: скорость, быть может, подходящая для индивидуального пользователя, но совершенно недостаточная для коллективного - например, для подключения корпоративных и домовых Ethernet-сетей.

То есть налицо спрос на технологии, способные обеспечить скорость передачи данных от 100 Мбит/с и выше на относительно небольших расстояниях: с учетом уже существующей магистральной инфраструктуры - в пределах двух километров.

Именно на эту нишу и нацелена беспроводная оптика, которая, наряду с потенциально неограниченной скоростью передачи данных, имеет массу других преимуществ: использование нелицензируемых диапазонов частот, высокую электромагнитную совместимость и, как следствие, отсутствие длительных согласований и быстроту развертывания.

Как и большинство технологий беспроводной передачи данных, беспроводная оптика требует условия прямой видимости. Данные передаются пучком модулированного света, чаще всего - лазерного. Для передачи данных обычно берутся те же спектральные диапазоны частот, что и в волокне, а использование примерно тех же источников и детекторов излучения, что и для оптоволокна, позволяет обеспечить гигабитные скорости и применятьметоды спектрального уплотнения - WDM и даже DWDM и передавать данные по множеству параллельных спектральных каналов.

Правда, на этом сходство и заканчивается: в открытом пространстве пучку света свойственно расширяться, поэтому для формирования и приема излучения приходится использовать дорогостоящие оптические системы - телескопы (см. рис. 1, 2).

Чтобы не зависеть от изменчивых атмосферных условий (кстати, даже самый сильный дождь вносит потери лишь около 20 дБ на километр. Гораздо страшнее для оптических линий туман, размер частичек которого сопоставим с длиной волны: затухание может достигать 300 дБ/км); приходится увеличивать бюджет потерь (рис. 3) и использовать резервные радиочастотные каналы.

Как следствие, растет стоимость линии; в зависимости от скорости и дальности передачи, она может составлять от нескольких тысяч до нескольких сот тысяч долларов. Именно это обстоятельство, а также дороговизна и несовместимость решений разных производителей, и ограничивают распространение беспроводных оптических линий передачи данных.

Впрочем, не все так безнадежно. Беспроводная оптика развивается не в замкнутом пространстве - в смежных отраслях накоплена и доведена до совершенства сумма технологий, которая может оказаться критической.

Микролинзы, используемые для сопряжения источников излучения с оптоволокном и формирования луча света в CD-приводах, позволяют получить пучок света с распределением интенсивностей, близким к гауссовскому, и, по данным Blue Sky Research, увеличить бюджет потерь в оптической линии передач на 10-12 дБ.

Другой пример - микромеханические устройства (MEMS). В конце апреля компания Texas Insruments сообщила о разработке аналогового микрозеркала (Analog microMirror), позволяющего обеспечить полнодуплексную передачу данных со скоростью 100 Мбит/с на расстояниях до 50 метров. Основу конструкции составляет зеркальце размером 3,2х3,6 мм, выращенное на кремниевой подложке размером 7х9 мм. Зеркальце, имеющее две степени свободы и радиус кривизны более 40 метров, способно отражать более 97 процентов падающего света, изменяя его направление в пределах пяти градусов.

Зеркалом управляет цифровой сигнальный процессор, замыкающий контур регулирования и осуществляющий динамическое наведение луча лазера на фотоприемник на другом конце линии, а благодаря небольшим размерам и массе зеркала обеспечивается высокая скорость сканирования.

На первом этапе будут реализованы только двухточечные соединения, но, согласно планам, уже в конце года появится беспроводной 100 Мбит/с коммутатор, обеспечивающий дальность до 100 метров, а в следующем году скорость передачи данных будет доведена до 1 Гбит/с. Это, впрочем, неудивительно - ведь зеркальце отражает свет во всем оптическом диапазоне, что позволяет использовать и методы спектрального уплотнения. Компания LightPointe в августе заявила о планах использования аналоговых микрозеркал в следующем поколении своих разработок для обеспечения автоматического наведения передающих лазеров на приемную апертуру на другом конце линии. Так что об оптических прицелах через некоторое время можно будет забыть (ведь с точностью около пяти градусов можно навести и на глазок) и выиграть по крайней мере еще три децибела в бюджете потерь.

Кстати, применение микрозеркал позволило другой компании, QuantumBeam, «вывернуть наизнанку» уже было устоявшуюся идеологию беспроводной связи. В своих системах «точка-многоточка» она предлагает размещать приемопередающие лазеры у абонентов. Излучение лазеров будет падать на уголковые отражатели, размещенные на концентраторе провайдера, и отражаться в том же направлении, откуда пришло, уже промодулированное по амплитуде. Как результат, исчезает необходимость в дорогостоящих системах наведения (по крайней мере, на стороне провайдера). QuantumBeam рассчитывает, что стоимость абонентских устройств не превысит двух тысяч долларов, а с учетом того, что к каждому устройству можно будет подключить до 50-60 пользователей, стоимость из расчета на линию не превысит 100 долларов (кстати, одним из инвесторов QuantumBeam является Intel, вернее, ее подразделение Intel Capital).

Еще одно перспективное направление, продвигаемое все той же LightPointe, - технология, позволяющая благодаря использованию оптических усилителей напрямую сопрягать беспроводные терминалы с городскими оптическими магистралями, без дорогостоящих электрооптических преобразователей.

И, наконец, решающим фактором для успеха беспроводной оптики может оказаться повышенная плотность абонентов. Ведь если не задаваться большими дальностями передачи данных и ограничиться, например, 400 метрами, как это делает AirFiber, то можно создать относительно недорогую распределенную многосвязную сеть из оптических примопередатчиков.

Кстати, в узлах сети AirFiber использует очень красивое решение: для защиты от вандалов и непогоды дорогостоящая аппаратура помещается в прозрачные цилиндры, устанавливаемые на крышах зданий. В каждом из цилиндров может быть до четырех независимых беспроводных терминалов. А больше, в общем-то, и ни к чему.

[i42332]