Nous vivons à l'ère de l'information où Internet est un droit humain fondamental. Il n'a pas été facile d'atteindre le niveau de développement actuel, mais nous avons pu, et maintenant les technologies nous permettent de vivre dans cet avenir, qui jusqu'à récemment ne se révélait que sur les pages des livres. Il est clair que les technologies ne sont pas apparues soudainement, certaines d'entre elles sont enracinées dans un passé lointain.
L'une de ces technologies est la communication optique. Il est utilisé depuis l'antiquité. Mais maintenant, nous avons des autoroutes sous-marines, des systèmes laser par satellite et bien plus encore. Voyons comment la communication optique a évolué au fil du temps.
Sémaphores et héliographes
Le fait que la vitesse de la lumière soit bien supérieure à la vitesse du son, les gens l'ont compris il y a longtemps. Et ils ont commencé à appliquer ces connaissances dans la pratique. Nous parlons de signaux lumineux qui ont été activement utilisés, par exemple, dans la Grèce antique. Bien sûr, ils ont deviné utiliser la lumière et d'autres civilisations, mais chez les Grecs, tout cela était particulièrement bien développé.
Télégraphe graphique - reconstruction d'un musée à Thessalonique, Grèce
Les Grecs ont construit un système connu sous le nom de Frictoria. Ce sont des tours au sommet des montagnes. Les gardes des tours ont allumé des incendies dans une chaîne, qui étaient clairement visibles à une distance allant jusqu'à 50 km. En conséquence, le message envoyé est allé très rapidement au point souhaité. Certaines sources disent même que c'est ainsi que le message sur la capture de Troie s'est répandu dans toute la Grèce.
Ce sont les Grecs qui ont proposé un code spécial pour les signaux lumineux. Les tours avaient deux groupes de 5 torches chacun. Chacun d'eux représente un élément du carré Polybe . Ainsi, le changement de l'emplacement des éléments dans cette matrice a permis de coder et de transmettre une variété de messages. Une autre option est le télégraphe hydraulique, qui a été utilisé pendant la première guerre punique pour envoyer des messages entre la Sicile et Carthage.
Voici ce que Wikipedia dit à propos de ce télégraphe: «Différents codes prédéfinis ont été appliqués aux tiges à différents points de hauteur. Pour envoyer un message, l'opérateur émetteur utilisera une lampe de poche pour signaler l'opérateur récepteur; une fois synchronisés, ils ouvriront simultanément les buses au fond de leurs conteneurs. L'eau s'écoulera jusqu'à ce que le niveau d'eau atteigne la valeur souhaitée, après quoi l'expéditeur abaisse la torche et les opérateurs ferment simultanément leurs robinets. Ainsi, la durée de visibilité de la torche de l'expéditeur peut être corrélée avec des codes et des messages prédéfinis spécifiques. "
Les sémaphores ont été utilisés beaucoup plus tard. Au 18ème siècle a été crééun autre type de télégraphe optique, dont le réseau s'est ensuite répandu dans toute la France. C'était le réseau de communication militaire.
Un élément distinct du système est une tour avec des poteaux mobiles. Un «alphabet» a été développé où chaque lettre avait une position spécifique pour les pôles. La première ligne télégraphique optique est construite entre Paris et Lille. La position des pôles a été modifiée en utilisant 196 positions différentes - de sorte qu'il était possible de représenter non seulement des lettres, mais aussi des mots individuels. Chaque gare était desservie par deux employés. L'un surveillait la tour voisine et ses poteaux, le second copiait la position des poteaux du voisin, et ainsi de suite le long de la chaîne. Le problème avec ce système était qu'il ne fonctionnait que pendant la journée et uniquement dans des conditions météorologiques relativement bonnes. Nuages, pluie, ténèbres - tout cela a arrêté le travail des sémaphores.
Mais pendant la journée et par beau temps, le système fonctionnait très bien. Le taux de transfert de données est d'environ 2-3 caractères par minute entre les stations voisines. De Paris à Lille, un personnage atteint en deux minutes environ, soit 230 km. Pour cette époque, ce n'était qu'un rêve.
Les systèmes basés sur l'un ou l'autre signal ont été largement utilisés aux XIXe et XXe siècles, en particulier en temps de guerre. Depuis l'invention du code Morse, les choses ont été simplifiées plusieurs fois.
L'invention de Bell
Il existe maintenant de nombreux projets de bricolage où le signal audio est transmis à l'aide d'un laser. Il n'est pas si difficile de construire un tel système. Mais tous ces projets sont basés sur l'idée d'Alexandre Bell, qui en 1880 a créé un "photophone". Le principal vecteur d’informations est la lumière, pas un laser, bien sûr, mais la lumière du soleil. En même temps, c'était le photophone que Bell considérait comme son invention la plus importante, et non le téléphone.
L'action de cet appareil est basée sur la propriété du sélénium de modifier sa conductivité électrique lorsqu'il est exposé au soleil. Ils sont réfléchis par le miroir qui, à son tour, vibre sous l'influence du son. Le récepteur de signal ici est juste des cellules de sélénium cristallin. Le miroir modulait le faisceau lumineux en focalisant ou en diffusant la lumière d'une source. Bell et un partenaire ont créé une configuration de test qui a permis de transmettre le signal sur une distance d'environ 213 mètres.
Mais, bien sûr, cet appareil présentait un grand nombre d'inconvénients, notamment la possibilité de ne fonctionner que par temps clair et à une distance relativement courte. Quoi qu'il en soit, l'invention de Bell est considérée comme le précurseur des lignes modernes de fibre optique.
Et puis - fibre de verre
Si nous excluons quelques projets militaires, les télécommunications au 20e siècle ont été mises en œuvre à l'aide de câbles coaxiaux et de rayonnement avec une fréquence de 1 à 10 GHz. C'était ainsi jusqu'à l'avènement de la fibre optique dans les années 70 du siècle dernier. Très vite, il est devenu le principal canal de communication avec une bande passante énorme.
La fibre est devenue la réponse aux défis des communications coaxiales. Son principal inconvénient est que le signal doit être amplifié tous les kilomètres environ pour compenser les pertes de transmission. Dans les communications radiofréquences (RF) sans fil, l'espacement des répéteurs peut être beaucoup plus long, mais dans les deux cas, la bande passante est limitée à ~ 100 Mbps en raison de la fréquence porteuse RF «faible».
La fibre optique a résolu tous ces problèmes. Et après quelques années, la fibre optique est devenue ce qu'elle est aujourd'hui. Ainsi, en 1977, General Telephone and Electronics (aujourd'hui GTE Corporation) a envoyé le premier trafic téléphonique direct au monde sur un système de fibre optique à une vitesse de 6 Mbps. Aujourd'hui, le réseau de fibres optiques du monde est plus de 400 millions de kilomètres, soit près de trois fois la distance au Soleil
Les communications par fibre optique se sont améliorées grâce aux techniques de multiplexage, notamment le multiplexage en longueur d'onde, le multiplexage temporel ou le multiplexage spatial. Au laboratoire, une combinaison de ces méthodes a donné d'excellents résultats - les données ont été transférées à une vitesse de 11 Pbit / s, avec une perte de seulement 5% par kilomètre. Des répéteurs sont installés tous les 80 km, ce qui est bien sûr bien meilleur que dans le cas du câble coaxial.
Internet à partir d'une ampoule
En plus de la fibre, il existe d'autres méthodes de transmission de données à haut débit, et sans aucun câble. C'est une communication optique sans fil telle quelle. LiFi est une technologie de communication sans fil bidirectionnelle à grande vitesse.
Certes, cette méthode nécessite une ampoule LED, pas une ampoule à incandescence. Il est clair que la technologie ne fonctionne que dans la ligne de mire, et plus le point de transfert de données est éloigné, plus la connexion est mauvaise.
L'une des premières illustrations pour expliquer le fonctionnement du système. Ici, comme on peut le voir, des ordinateurs de poche au lieu des smartphones
Pour LiFi, un protocole propriétaire a été développé, IEEE 802.15.7, qui définit trois couches physiques (PHY) avec des bandes passantes différentes:
- PHY I a été conçu pour une utilisation en extérieur et fonctionne à des vitesses allant de 11,67 Kbps à 267,6 Kbps.
- PHY II permet d'atteindre des débits de données de 1,25 Mbps à 96 Mbps.
- PHY III est conçu pour plusieurs sources avec une méthode de modulation spécifique: le trousseau de touches de changement de couleur (CSK), qui peut être traduit par un changement de longueur d'onde. PHY III peut atteindre des vitesses allant de 12 Mbps à 96 Mbps.
La technologie n'a pas reçu beaucoup de distribution, mais elle est utilisée dans certains endroits. Fondamentalement, nous parlons de systèmes industriels, dans des endroits avec de fortes interférences électromagnétiques, où presque toute communication radio est impossible ou difficile.
Qu'en est-il des communications optiques longue distance et sans fil?
Malheureusement, il n'y a pas grand-chose à se vanter ici. De nombreuses entreprises ont commencé à tester la technologie de transmission de données à l'aide de lasers ou d'autres systèmes optiques. Mais, en règle générale, ces tests n'allaient pas au-delà du laboratoire ou du site d'essai.
Par exemple, l'année dernière, les développeurs d'Alphabet ont construit un réseau sans fil expérimental au Kenya qui utilise la lumière. Ce n'est pas une fibre optique, la base du système est un faisceau de lumière focalisé sur un point de réception distant - une station de réception.
Le projet a été nommé Project Taara . Au cours de sa mise en œuvre, il a été possible de réaliser une transmission de données sur une distance d'environ 20 km sans déployer une infrastructure filaire. Les tests ont montré un bon résultat. Mais malgré cela, le projet a alors été décidé de fermer.
On peut en dire autant du deuxième projet de la même entreprise, Loon. Pendant plusieurs années, ce projet a été développé, mais il y a quelques semaines à peine, ils ont décidé de le fermer.
Il y a des projets plus petits qui ont été mis en œuvre. Par exemple, Koruza propose une communication laser à une vitesse d'environ 10 Gbit / s, mais la distance ne dépasse pas 150 m. Dans certains cas, les fournisseurs d'accès Internet utilisent des émetteurs laser pour fournir des installations de communication éloignées de la dorsale principale. Parfois, les utilisateurs créent également de tels systèmes - mais ces systèmes ne sont pas très courants.
De plus, au début de l'année, Elon Musk a déclaré que les satellites Starlink étaient équipés de communications laser pour couvrir les régions polaires. Et dans un an, tous les satellites Starlink envoyés en orbite seront équipés de communications laser.
Grâce au type de communication supplémentaire, les résidents de l'Alaska bénéficieront également d'un accès haut débit à Internet, comme la société l'a décrit dans sa demande à la FCC.
Les lasers permettent aux satellites de rester en contact non seulement avec les stations au sol, mais aussi les uns avec les autres, et peu importe où se trouve le "collègue" - dans le même plan orbital ou dans un plan voisin. En conséquence, l'opérateur sera en mesure de minimiser le nombre de stations au sol, en élargissant la zone de couverture des régions éloignées où il n'y a aucune station au sol. De plus, la latence est réduite à mesure que le nombre d'intermédiaires entre les satellites et les stations au sol diminue.
