И.Л. Виноградова1, П.Е. Филатов2, А.М. Комиссаров3, Я.М. Косцов4, Л.З. Янтилина5

1–5 Уфимский университет науки и технологий (г. Уфа, Россия)

Постановка проблемы. Возможность использования функции чирпа оптических импульсов в качестве ресурса управления радиосегментом в RoF-системах не относится к традиционным телекоммуникационным, а реализуется на физическом уровне и характеризуется высоким быстродействием.

Цель. Показать, как можно сэкономить телекоммуникационный ресурс или не задействовать его вовсе под нужды управления, т.е. передавать всю необходимую информацию в самом сигнале – так называемое нереляционное управление.

Результаты. Рассмотрена схема построения RoF-сегмента с применением разработанных компонентов: преобразователь «чирпамплитуда» и интерференционный разделитель. Приведен метод управления радиоизлучением ФАР, который при этом обеспечивает построение динамических VLAN в радиосети, привязанных к радиолепестку. Предложено управляющую информацию (о форме и направлении последнего) передавать к ФАР сверху из сетевого сегмента в виде функции чирпирования оптических импульсов, представляющих собой информационный Ethernet-пакет. Предположено, что ФАР является окончанием оптической части волоконно-оптического сегмента, т.е. в наиболее простом случае работает как радиоизлучатель в системе Radio-overFiber (RoF).

Практическая значимость. Предложенные метод и схема позволяют перенести часть служебных функций из радиосегмента на оборудование, расположенное «на земле». Если радиосегмент обслуживает рой(рои) БПЛА, то упрощение аппаратуры и снижение энергетики взаимодействия на летающей сети является весомым положительным фактором, особенно с учетом значительной динамики перемещения объектов.

Виноградова И.Л., Филатов П.Е., Комиссаров А.М., Косцов Я.М., Янтилина Л.З. Метод управления сегментом ROF-сети с применением чирпированных оптических импульсов // Наукоемкие технологии. 2023. Т. 24. № 5. С. 37−52. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202305-05

1. Balzer J.C., Saraceno C J., Koch M., Kaurav P., Pfeiffer U.R., Withayachumnankul W., Kürner T., Stöhr A., El-Absi M., Ali Al-Haj Abbas, Kaiser Thomas, Czylwik A. THz Systems Exploiting Photonics and Communications Technologies. IEEE Journal of Microwaves, VOLUME 3, JANUARY 2023. № 1. P. 268–288.
2. Юферев С. Рой беспилотников. Будущее боевых действий // Военное обозрение. 2019. URL: https://topwar.ru/164570-rojbespilotnikov-buduschee-boevyh-dejstvij.html (дата обращения: 05.04.2023).
3. Мустаев А.Ф. Стратегии управления роем беспилотных летательных аппаратов // Вестник науки. 2019. Т. 5. № 3 (12).  С. 96–99.
4. Zamani, A., Kämmer, R., Hu. Y. et al. Optimization of unmanned aerial vehicle augmented ultra-dense networks. Journal Wireless Com Network (2020) 2020. V. 192. DOI 10.1186/s13638-020-01804-3.
5. Варельджян К.С., Парамонов А.И., Киричек Р.В. Оптимизация траектории движения БПЛА в летающих сенсорных сетях // Электросвязь. 2015. № 7. С. 20–25.
6. Киричек Р.В., Шилин П.А. Анализ использования БПЛА как узла сети VANET // Информационные технологии и телекоммуникации. 2015. № 4. С. 87–96.
7. Захаров М.В., Киричек Р.В., Парамонов А.И. Задача распределения ресурсов в летающей сенсорной сети // Юбилейная, 70-я Всероссийская научно-техническая конференция, посвященная Дню радио. СПб.: СПбГЭУ «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). 2015. С. 198–199.
8. Сидоров К.М., Скобелев С.П. Фазированные антенные решетки связанных многомодовых волноводов гексагонального сечения с секторными диаграммами направленности // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 4. С. 42–49. DOI: 10.18127/j00338486202204-06.
9. Артемов М.Л., Сличенко М.П., Трушин С.П. Потенциальная точность пеленгования при флуктуациях диаграмм направленности антенной системы многоканального обнаружителя-пеленгатора // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 1. С. 123−131. DOI: 10.18127/j00338486-202201-17.
10. Воловач В.И., Артюшенко В.М. Организация обмена дискретной информацией в радиолинии ближнего действия СВЧдиапазона с помощью точечных датчиков // Электромагнитные волны и электронные системы. 2019. № 2. С. 69–99. DOI: 10.18127/j15604128-201902-09.
11. Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Технология и протоколы MPLS. СПб.: БХВ – Санкт-Петербург. 2005. 304 с.
12. Abraha, S.T. Impulse Radio Ultra Wideband over Fiber Techniques for Broadband In-Building Network Application. Phd Thesis 1 (Research TU/e / Graduation TU/e), Electrical Engineering. Technische Universiteit Eindhoven. 2012. DOI: doi.org/10.6100/ IR735363.
13. Shams Eldin, Haymen. Radio over Fiber Distribution Systems for Ultra Wideband and Millimetre wave Applications. Ph. D. thesis. Dublin City University. 2011.
14. Султанов А.Х., Виноградова И.Л., Мешков И.К., Андрианова А.В., Абдрахманова Г.И., Ишмияров А.А., Янтилина Л.З. Способ подключения антенных излучателей для ROF с применением оптического устройства и методика расчета его параметров // Компьютерная оптика. 2015. Т. 39. № 5. С. 728–737. DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-5-728-737.
15. Mukherjee B. Optical communication networks. New York: McGraw-Hill. 2005. 576 p.
16. VLAN на пользователя: архитектура и альтернативы. URL: https://nag.ru/material/16925 (дата обращения: 05.04.2023).
17. Патент на полезную модель RU 163995 U1 Устройство для разветвления и чирпирования оптических сигналов / Г.И. Абдрахманова, А.В. Андрианова, И.Л. Виноградова, Е.П. Грахова, А.Р. Зайнуллин, А.А. Ишмияров, И.К. Мешков, А.Х. Султанов, Чириков Р.Ю. 2016.
18. Виноградова И.Л., Султанов А.Х., Янтилина Л.З., Гизатуллин А.Р. Преобразователь чирп→амплитуда на базе эрбиевого волоконно-оптического усилителя для управления радиофотонными системами // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2019. Т. 22. № 4–2. С. 129–137.
19. Ortega B., Cruz J.L., Capmany J., Andrés M. V., Pastor D. Variable Delay Line for Phased-Array Antenna Based on a Chirped Fiber Grating. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. August 2000, V. 48, № 8. P. 1352–1360.
20. Bo Zhou, Xiaoping Zheng, Xianbin Yu, Hanyi Zhang, Yili Guo, Bingkun Zhou. Optical Beamforming Networks Based on Broadband Optical Source and Chirped Fiber Grating. IEEE Photonics Technology Letters. 2008. V. 20. May 1. № 9. P. 733–735.
21. Meijerink Arjan, Roeloffzen C.G.H., Meijerink R., Leimeng Zhuang, Marpaung D.A.I., Bentum M.J., Burla M., Stude J.V., Jorna P., Hulzinga A., van Etten W. Novel Ring Resonator-Based Integrated Photonic Beamformer for Broadband Phased Array Receive Antennas Part I: Design and Performance Analysis. J. Lightwave Technology. 2010. V. 28. № 1. January 1. P. 3–18.
22. Leimeng Zhuang, Roeloffzen C.G.H., Meijerink A., Burla M., Marpaung D.A.I., Leinse A., Hoekman M., Heideman R.G., van Etten W. Novel Ring Resonator-Based Integrated Photonic Beamformer for Broadband Phased Array Receive Antennas. Part II: Experimental Prototype. Journal of lightwave technology, 2010. V. 28. January 1. № 1. P. 19–31.
23. Arokiaswami Alphones, Pham Quang Thai. Hybrid Approach for Optical Beamforming for Phased Array. Proceedings of AsiaPacific Microwave Conference. 2010. WE4E-l. P. 311–317.
24. Drummond M.V., Monteiro P.P., Nogueira R.N. Photonic True-Time Delay Beamforming Based on Polarization-Domain Interferometers. J. Lightwave technology. 2010. V. 28. № 17. Sept. P. 2492–2498.
25. Burla M., Khan M.R.H., Marpaung D.A.I., Roeloffzen C.G.H., Maat P., Dijkstra K., Leinse A., Hoekman M., Heideman R. SquintFree Beamsteering Demonstration using a Photonic Integrated Beamformer based on Optical Ring Resonators. 2010. IEEE.
26. Burla M., Khan M.R.H., Marpaung D.A.I., Zhuang L., Roeloffzen C.G.H., Leinse A., Hoekman M., Heideman R. Separate Carrier Tuning Scheme for Integrated Optical Delay Lines in Photonic Beamformers. Proceedings of the 2011 IEEE MWP. 2011. P. 65–68.
27. Xiaoxiao Xue , Yi Xuan, Chengying Bao, Shangyuan Li, Xiaoping Zheng, Bingkun Zhou, Minghao Qi, Weiner A.M. MicrocombBased True-Time-Delay Network for Microwave Beamforming With Arbitrary Beam Pattern Control. Journal of lightwave technology. 2018. V. 36. № 12. June 15. P. 2312–2321.
28. Vidal B., Mengual T., Mart´I J. Fast Optical Beamforming Architectures for Satellite-Based Applications. Hindawi Publishing Corporation Advances in Optical Technologies, V. 2012, Article ID 385409. DOI:10.1155/2012/385409.
29. Burla M., Marpaung D.A.I., Zhuang L., Khan M.R., Leinse A., Beeker W., Hoekman M., Heideman R.G., Roeloffzen C.G.H. Multiwavelength-Integrated Optical Beamformer Based on Wavelength Division Multiplexing for 2-D Phased Array Antennas. Journal of Lightwave Technology. 2014. V. 32. № 20. October 15. P. 3509–3520.
30. Чиж А.Л., Малышев С.А. Многоканальная волоконно-оптическая система распределения синхросигнала в активных фазированных антенных решетках // Труды Института физики НАН Беларуси. 2018. № 2. С. 257–262.
31. Зеленин И.А., Рыжиков А.Г., Федоров С.М. Антенная решетка на основе линзы Ротмана // Радиоэлектроника и системы связи. 2012. № 3. С. 31–37.
32. Xu-Dong Bai, Xian-Ling Liang, Jian-Ping Li, Kun Wang, Jun-Ping Geng, Rong-Hong Jin. Rotman Lens-Based Circular Array for Generating Five-mode OAM Radio Beams. Scientific Reports. 6:27815. DOI: 10.1038/srep27815.
33. Hung-I Lin, Wen-Jiao Liao. A Beam Switching Array Based on Rotman Lens for MIMO Technology // IEEE. 2012.  
34. Братчиков А. Н., Воскресенский Д.И., Садеков Т.А. Фазированные антенные решетки с оптическим управлением // 10th International Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology”. 11–15 September. Sevastopol, CriMiCo'2000 Organizing Committee; Weber Co. IEEE Catalog Number: 00EX415. 2000. C. 29–32.
35. Щука А.А. Электроника: Учеб. пособие / Под ред. проф. А.С. Сигова. СПб.: БХВ-Петербург. 2005. 800 с.
36. Jesperse N. V., Herczfeld P.R. Optical Techniques for Reconfiguring Microwave Phased Arrays. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. JULY 1990. V. 38. № 7. P. 1054–1058.
37. Deroba J.C., Schneider G.J. Christopher A. Schuetz, and Dennis W. Prather. Tapered Multi-Beam Arrays via an Optically PowerEfficient Photonic Architecture. Journal of Lightwave Technology. 2018. V. 36. № 11. JUNE 1. P. 2259–2270.
38. Xue Wu, Huaixi Lu, Kaushik Sengupta. Programmable terahertz chip-scale sensing interface with direct digital reconfiguration at sub-wavelength scales. Nature communications. 2019. V. 10. P. 2722. DOI: 10.1038/s41467-019-09868-6.
39. Патент РФ № 0002552142. Оптическая фазированная антенная решетка / А.А. Бабайлов, Д.А. Даниленко, Л.В. Воронцов, В.С. Верба. 10.06.2015, https://edrid.ru/rid/216.013.508d.html (дата обращения: 05.04.2023).
40. Kim T., Bhargava P., Poulton C.V., Notaros J., Yaacobi A., Timurdogan E., Baiocco C., Fahrenkopf N., Kruger S., Ngai T., Timalsina Yu., Watts M.R., Stojanovic V. A Single-Chip Optical Phased Array in a 3D-Integrated Silicon Photonics/65nm CMOS Technology. IEEE International Solid-State Circuits Conference. 2019. P. 463–466.
41. Consolino L., Nafa M., Cappelli F., Garrasi K., Mezzapesa F.P., Li L., Davies A.G., Linfield E.H., Vitiello M.S., De Natale1 P., Bartalini S. Fully phase-stabilized quantum cascade laser frequency comb. Electronic and Electrical Engineering. 2018. V. 2. № 5. P. 231–237.
42. Agrawal G. P. Nonlinear fiber optics. Boston: Academic Press. 2009. P. 466.
43. Meshkov I.K., Sultanov A.K., Vinogradova I.L., Grakhova E.P., Abdrakhmanova G.I., Andrianova A.V., Ishmyarov A.A., Voronkov G.S. Experimental study of wireless part of laboratory bench, implementing IR-UWB Radio-over-Fiber system. Proceedings of SPIE, 2017. V. 10342. Номер статьи 103420A. DOI: 10.1117/12.2270650.
44. Ran M., Lembrikov B. I., Ben Ezra Y. Ultra-Wideband Radio-Over-Optical Fiber Concepts, Technologies and Applications. IEEE Photonics Journal. DOI: 10.1109/JPHOT.2010.2041055.
45. Vinogradova I.L., Gizatulin A.R., Meshkov I.K., Bourdine A.V., Tiwari M. A nonlinear radio-photon conversion device. Photonics 2022. V. 9(6). P. 417. DOI: 10.3390/photonics9060417.
46. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи. М.: Радио и связь. 1999. 432 с.
47. Sultanov A.K., Vinogradova I.L., Yantilina L.Z., Lyubopytov V.S., Vinogradov S.L. Construction of a geometry tool for pipelines 100–300 mm in diameter based on a fiber-optic sensor. Measurement Techniques. 2016. Т. 58. № 10. С. 1113–1118.
48. Чеканов Д. Широкополосный маршрутизатор GN-BR401 от компании Gigabyte. Тестирование. URL: https://3dnews.ru/ 100083 (дата обращения: 05.04.2023).
49. HP 2915 почему тормозит скорость между vlan? URL: https://qna.habr.com/q/938465 (дата обращения: 05.04.2023).
50. Маршрутизация подсетей и падение скорости обмена. URL: https://forum.nag.ru/index.php?/topic/181733-marshrutizaciyapodsetey-i-padenie-skorosti-obmena/ (дата обращения: 05.04.2023).
51. Agwu Chukwuemeka Odi, Nweso Emmanuel Nwogbaga, Ojiugwo Chukwuka N. The Proposed Roles of VLAN and Inter-VLAN Routing in Effective Distribution of Network Services in Ebonyi State University. International Journal of Science and Research (IJSR) ISSN (Online): 2319-7064 Index Copernicus Value (2013): V. 4 Is. 7, July 2015 Paper ID: SUB157109
52. Горячкин Б.С., Бобров Д.В. Эффективность принципов адаптивной верстки при разработке пользовательских интерфейсов // Динамика сложных систем. 2023. Т. 17. № 1. С. 5−16. DOI: 10.18127/j19997493-202301-01.