詞語(yǔ)解釋
“自由空間光通信技術(shù)”是一種利用光來(lái)傳輸信息的技術(shù),它可以將信息傳輸至極遠(yuǎn)的距離,而且傳輸速度非常快。 自由空間光通信技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛,它可以用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)、圖像、聲音等信息。它可以用來(lái)替代傳統(tǒng)的無(wú)線電信號(hào),從而提高信息傳輸?shù)乃俣群头(wěn)定性。 此外,自由空間光通信技術(shù)還可以用來(lái)替代傳統(tǒng)的有線電纜,從而減少線路的費(fèi)用。它可以用來(lái)連接兩個(gè)相隔很遠(yuǎn)的地方,比如在兩個(gè)城市之間建立聯(lián)系。 此外,自由空間光通信技術(shù)還可以用來(lái)連接太空中的衛(wèi)星,從而提供寬帶通信服務(wù)。它也可以用來(lái)支持航空飛行,比如在飛行過(guò)程中為飛機(jī)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。 自由空間光通信技術(shù)的發(fā)展也為科學(xué)研究帶來(lái)了巨大的幫助,比如它可以用來(lái)傳輸大量的科學(xué)數(shù)據(jù),從而加快科學(xué)研究的進(jìn)程。 總之,自由空間光通信技術(shù)是一種重要的通信技術(shù),它的應(yīng)用范圍非常廣泛,可以用來(lái)提供高速、穩(wěn)定的信息傳輸服務(wù),并且可以大大降低傳輸成本。 自由空間光通信 空間激光通信系統(tǒng)是指以激光光波作為載波,大氣作為傳輸介質(zhì)的光通信系統(tǒng)。自由空間激光通信結(jié)合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點(diǎn),既具有大通信容量、高速傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn),又不需要鋪設(shè)光纖,因此各技術(shù)強(qiáng)國(guó)在空間激光通信領(lǐng)域投入大量人力物力,并取得了很大進(jìn)展。 傳輸原理 大氣傳輸激光通信系統(tǒng)是由兩臺(tái)激光通信機(jī)構(gòu)成的通信系統(tǒng),它們相互向?qū)Ψ桨l(fā)射被調(diào)制的激光脈沖信號(hào)(聲音或數(shù)據(jù)),接收并解調(diào)來(lái)自對(duì)方的激光脈沖信號(hào),實(shí)現(xiàn)雙工通信。圖1所示的是一臺(tái)激光通信機(jī)的原理框圖。圖中系統(tǒng)可傳遞語(yǔ)音和進(jìn)行計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通信。受調(diào)制的信號(hào)通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路使激光器發(fā)光,從而使載有語(yǔ)音信號(hào)的激光通過(guò)光學(xué)天線發(fā)射出去。另一端的激光通信機(jī)通過(guò)光學(xué)天線將收集到的光信號(hào)聚到光電探測(cè)器上,然后將這一光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再將信號(hào)放大,用閾值探測(cè)方法檢出有用信號(hào),再經(jīng)過(guò)解調(diào)電路濾去基頻分量和高頻分量,還原出語(yǔ)音信號(hào),最后通過(guò)功放經(jīng)耳機(jī)接收,完成語(yǔ)音通信。當(dāng)開關(guān)K擲向下時(shí),可傳遞數(shù)據(jù),進(jìn)行計(jì)算機(jī)間通信,這相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)。它由計(jì)算機(jī)、接口電路、調(diào)制解調(diào)器、大氣傳輸信道等幾部分組成。 接口電路將計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器連接起來(lái),使兩者能同步、協(xié)調(diào)工作;調(diào)制器把二進(jìn)制脈沖變換成或調(diào)制成適宜在信道上傳輸?shù)牟ㄐ,其目的是在不改變傳輸結(jié)果的條件下,盡量減少激光器的發(fā)射總功率;解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程,把接收到的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行反變換,恢復(fù)出原數(shù)字信號(hào)將其送到接口電路;同步系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要組成部分之一,其作用是使通信系統(tǒng)的收、發(fā)端有統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),步調(diào)一致。 圖1 激光通信原理圖 關(guān)鍵技術(shù)分析 高功率激光器的選擇 激光器用于產(chǎn)生激光信號(hào),并形成光束射向空間。激光器的好壞直接影響通信質(zhì)量及通信距離,對(duì)系統(tǒng)整體性能影響很大,因而對(duì)它的選擇十分重要。空間光通信具有傳輸距離長(zhǎng),空間損耗大的特點(diǎn),因此要求光發(fā)射系統(tǒng)中的激光器輸出功率大,調(diào)制速率高。一般用于空間通信的激光器有三類: 二氧化碳激光器。輸出功率最大(>10kw),輸出波長(zhǎng)有10.6 m和9.6 m,但體積較大,壽命較短,比較適合于衛(wèi)星與地面間的光通信。 Nd:YAG激光器。波長(zhǎng)為1064nm,能提供幾瓦的連續(xù)輸出,但要求高功率的調(diào)制器并保證波形質(zhì)量,因此比較難于實(shí)現(xiàn),是未來(lái)空間通信的發(fā)展方向之一。采用半導(dǎo)體泵浦的固體激光器,若使半導(dǎo)體發(fā)射譜線與Nd:YAG激光器吸收譜線一致,可減少熱效應(yīng),改善激光光束質(zhì)量,提高激光源綜合性能。這種激光器適合用于星際光通信。 二極管激光器(LD)。LD具有高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn),并且可以直接調(diào)制,所以現(xiàn)在的許多空間光通信系統(tǒng)都采用LD作為光源。例如波長(zhǎng)為800~860nm的ALGaAs LD和波長(zhǎng)為970~1010nm的InGaAs LD。由于ALGaAs LD具有簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn),并且與探測(cè)、跟蹤用CCD陣列具有波長(zhǎng)兼容性,在空間光通信中成為一個(gè)較好的選擇。 快速、精確的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)(ATP)技術(shù) 這是保證實(shí)現(xiàn)空間遠(yuǎn)距離光通信的必要核心技術(shù)。系統(tǒng)通常由以下兩部分組成: 捕獲(粗跟蹤)系統(tǒng)。它是在較大視場(chǎng)范圍內(nèi)捕獲目標(biāo),捕獲范圍可達(dá)±1°~±20°或更大。通常采用CCD陣列來(lái)實(shí)現(xiàn),并與帶通光濾波器、信號(hào)實(shí)時(shí)處理的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同完成粗跟蹤,即目標(biāo)的捕獲。粗跟蹤的視場(chǎng)角為幾mrad,靈敏度約為10pW,跟蹤精度為幾十mrad; 跟蹤、瞄準(zhǔn)(精跟蹤)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在完成目標(biāo)捕獲后,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)和實(shí)時(shí)跟蹤。通常采用四象限紅外探測(cè)器(QD)或Q-APD高靈敏度位置傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn),并配以相應(yīng)伺服控制系統(tǒng)。精跟蹤要求視場(chǎng)角為幾百祌ad,跟蹤精度為幾 rad,跟蹤靈敏度大約為幾nW。 精密可靠高增益的收、發(fā)天線 為完成系統(tǒng)雙向互逆跟蹤,空間光通信系統(tǒng)均采用收、發(fā)一體天線,隔離度近100%的精密光機(jī)組件。由于二極管激光器光束質(zhì)量一般較差,要求天線增益高,另外為適應(yīng)空間系統(tǒng),天線(包括主副鏡,合束、分束濾光片等光學(xué)元件)總體結(jié)構(gòu)要緊湊、輕巧、穩(wěn)定可靠。目前天線口徑一般為幾厘米至25厘米。 大氣信道 在地-地、地-空激光通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸中,大氣信道是隨機(jī)的。大氣中氣體分子、水霧、雪、氣溶膠等粒子,幾何尺寸與二極管激光波長(zhǎng)相近甚至更小,這就會(huì)引起光的吸收和散射,特別在強(qiáng)湍流情況下,光信號(hào)將受到嚴(yán)重干擾。因此如何保證隨機(jī)信道條件下系統(tǒng)的正常工作,對(duì)大氣信道工程研究是十分重要的。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以較好地解決這一問(wèn)題,并已逐步走向?qū)嵱没?BR> 總之,空間光通信是包含多項(xiàng)工程的交叉科學(xué)研究課題,它的發(fā)展與高質(zhì)量大功率半導(dǎo)體激光器、精密光學(xué)元件、高質(zhì)量光濾波器件、高靈敏度光學(xué)探測(cè)器及快速、精密光、機(jī)、電綜合技術(shù)的研究和發(fā)展密切不可分,光電器件、激光技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展,為空間光通信奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。 發(fā)展趨勢(shì) 星際自由空間光通信技術(shù)的可行性問(wèn)題已經(jīng)解決,雖然至今尚未真正實(shí)現(xiàn)星際通信,但是發(fā)射功率、接收靈敏度、捕獲和瞄準(zhǔn)要求、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等關(guān)鍵技術(shù)近幾年已取得明顯進(jìn)步,相信不遠(yuǎn)的將來(lái)將取代微波通信成為星際通信的主要手段。 地面空間光通信將作為一種主要手段進(jìn)入本地寬帶接入市場(chǎng),特別是那些通常沒有光纖連接的中小企業(yè)。 微波系統(tǒng)和自由空間光通信系統(tǒng)在許多方面可互為補(bǔ)充,前者能提供大區(qū)域內(nèi)低速通信,而后者能提供小區(qū)域內(nèi)高速靈活的連接。各種系統(tǒng)的無(wú)縫連接能使用戶得到更方便的服務(wù)。此外,微波系統(tǒng)還可與自由空間光通信系統(tǒng)互為備份,在天氣惡劣甚至無(wú)法進(jìn)行光通信時(shí),啟動(dòng)微波通信系統(tǒng),可以大大提高通信系統(tǒng)的適用性和可靠性。 在戰(zhàn)場(chǎng)上,當(dāng)受到敵方強(qiáng)電磁輻射干擾時(shí),會(huì)導(dǎo)致微波通信系統(tǒng)失效,而光纖通信系統(tǒng)既無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)建立起來(lái),也不能滿足機(jī)動(dòng)性要求。此時(shí)自由空間光通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)立刻顯現(xiàn):它能在極短的時(shí)間內(nèi)建立,還對(duì)電磁干擾免疫,所以自由空間光通信在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 研究重點(diǎn) 光源 光源的波長(zhǎng)應(yīng)選擇在透過(guò)率良好的“大氣窗口”。發(fā)射功率要考慮到人眼的安全。對(duì)于光源,除了要求輸出光束質(zhì)量好、工作頻率高、出射光束窄以外,還要考慮激光器的輸出功率穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性、光束方向穩(wěn)定性和工作壽命等。因此有必要對(duì)新激光光源技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。多模二極管激光器光譜較寬,大氣色散等因素會(huì)引起一定的脈沖擴(kuò)展,從而限制通信速率,因此需要做進(jìn)一步的分析。自由空間光通信系統(tǒng)原來(lái)多采用800nm波段光源,這是由于此波段的激光器體積小、重量輕、效率高,比較成熟,有成品;同時(shí)該波段也有比較成熟的銫原子濾波器。近年來(lái),隨著光纖通信技術(shù)的成熟,自由空間光通信的工作波段有向1550nm波段發(fā)展的趨勢(shì)。 發(fā)射和接收天線 發(fā)射和接收天線的效率都會(huì)對(duì)自由空間光通信系統(tǒng)的接收光功率產(chǎn)生重要影響。發(fā)射天線可以設(shè)計(jì)成接近衍射極限,盡管可以獲得最小的光斑,但也給精確對(duì)準(zhǔn)帶來(lái)困難;為了接收更多的信號(hào)能量,接收天線的直徑越大越好,同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)的體積、重量和成本。所以,研制體積小、重量輕、光學(xué)增益大的新型接收天線對(duì)提高接收靈敏度有非常重要的意義。 大氣信道 對(duì)于大氣對(duì)激光通信信號(hào)的干擾的分析,目前僅局限于大氣的吸收和散射等,很少涉及到大氣湍流引起的閃爍、光束漂移、擴(kuò)展以及大氣色散等問(wèn)題,而這些因素都會(huì)影響接收端信號(hào)的信噪比,從而影響系統(tǒng)的誤碼率和通信距離、通信帶寬。因此,有必要在這方面做更深入詳盡的分析,并提出解決以上問(wèn)題的技術(shù)方案。例如,采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)是一個(gè)值得重視的研究方向。 組網(wǎng)及其他技術(shù) 各國(guó)紛紛把光纖通信的成熟技術(shù)和器件引入激光通信,波分復(fù)用技術(shù)和光放大器技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于自由空間光通信。隨著自由空間光通信技術(shù)的不斷完善,由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)向光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展是大勢(shì)所趨。有專家預(yù)測(cè),未來(lái)的自由空間光網(wǎng)絡(luò)將形成一個(gè)立體的交叉光網(wǎng),可在大氣層內(nèi)外和外太空衛(wèi)星上形成龐大的高容量通信網(wǎng),再與地面上的光纖網(wǎng)絡(luò)相溝通,滿足未來(lái)的各種通信業(yè)務(wù)需求。 保密通信 自由空間光通信的安全保密性較好,因?yàn)榧t外激光的波束窄且不可見,很難在空中發(fā)現(xiàn)其通信鏈路。同時(shí),激光束定向性好,如果想截取,一般需要在鏈路中插入,這是很難做到的,而即使被截取,用戶也會(huì)發(fā)現(xiàn),因?yàn)殒溌繁恢袛。因此,自由空間光通信系統(tǒng)比微波系統(tǒng)安全得多。但是經(jīng)分析論證,由于自由空間光通信信道的開放性,竊聽信號(hào)而又不阻斷光束的傳播,也是可以做到的。所以深入研究自由空間光通信的保密方法和技術(shù)是十分必要的。 自由空間光通信存在的主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn): (1)FSO是一種視距寬帶通信技術(shù),傳輸距離與信號(hào)質(zhì)量的矛盾非常突出,當(dāng)傳輸超過(guò)一定距離時(shí)波束就會(huì)變寬導(dǎo)致難以被接收點(diǎn)正確接收。目前,在1km以下才能獲得最佳的效果和質(zhì)量,最遠(yuǎn)只能達(dá)到4Km。多種因素影響其達(dá)不到99.999%(五個(gè)9)的穩(wěn)定性。 (2)FSO系統(tǒng)性能對(duì)天氣非常敏感是FSO的另一個(gè)主要問(wèn)題。晴天對(duì)FSO傳輸質(zhì)量的影響最小,而雨、雪和霧對(duì)傳輸質(zhì)量的影響則較大。據(jù)測(cè)試,F(xiàn)SO受天氣影響的衰減經(jīng)驗(yàn)值分別為:晴天,5-15db/km、雨,20-50db/km、雪,50-150db/km、霧,50-300db/km。國(guó)外為解決這個(gè)難題,一般會(huì)采用更高功率的激光器二極管、更先進(jìn)的光學(xué)器件和多光束來(lái)解決。 (3)城市內(nèi),由于建筑物的阻隔、晃動(dòng)將影響兩個(gè)點(diǎn)之間的激光對(duì)準(zhǔn)。 。4)激光的安全問(wèn)題也會(huì)影響其使用,超過(guò)一定功率的激光可能對(duì)人眼產(chǎn)生影響,人體也可能被激光系統(tǒng)釋放的能量傷害。所以產(chǎn)品要符合眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)。
自由空間光通信 空間激光通信系統(tǒng)是指以激光光波作為載波,大氣作為傳輸介質(zhì)的光通信系統(tǒng)。自由空間激光通信結(jié)合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點(diǎn),既具有大通信容量、高速傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn),又不需要鋪設(shè)光纖,因此各技術(shù)強(qiáng)國(guó)在空間激光通信領(lǐng)域投入大量人力物力,并取得了很大進(jìn)展。 傳輸原理 大氣傳輸激光通信系統(tǒng)是由兩臺(tái)激光通信機(jī)構(gòu)成的通信系統(tǒng),它們相互向?qū)Ψ桨l(fā)射被調(diào)制的激光脈沖信號(hào)(聲音或數(shù)據(jù)),接收并解調(diào)來(lái)自對(duì)方的激光脈沖信號(hào),實(shí)現(xiàn)雙工通信。圖1所示的是一臺(tái)激光通信機(jī)的原理框圖。圖中系統(tǒng)可傳遞語(yǔ)音和進(jìn)行計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通信。受調(diào)制的信號(hào)通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路使激光器發(fā)光,從而使載有語(yǔ)音信號(hào)的激光通過(guò)光學(xué)天線發(fā)射出去。另一端的激光通信機(jī)通過(guò)光學(xué)天線將收集到的光信號(hào)聚到光電探測(cè)器上,然后將這一光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再將信號(hào)放大,用閾值探測(cè)方法檢出有用信號(hào),再經(jīng)過(guò)解調(diào)電路濾去基頻分量和高頻分量,還原出語(yǔ)音信號(hào),最后通過(guò)功放經(jīng)耳機(jī)接收,完成語(yǔ)音通信。當(dāng)開關(guān)K擲向下時(shí),可傳遞數(shù)據(jù),進(jìn)行計(jì)算機(jī)間通信,這相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)。它由計(jì)算機(jī)、接口電路、調(diào)制解調(diào)器、大氣傳輸信道等幾部分組成。 接口電路將計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器連接起來(lái),使兩者能同步、協(xié)調(diào)工作;調(diào)制器把二進(jìn)制脈沖變換成或調(diào)制成適宜在信道上傳輸?shù)牟ㄐ,其目的是在不改變傳輸結(jié)果的條件下,盡量減少激光器的發(fā)射總功率;解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程,把接收到的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行反變換,恢復(fù)出原數(shù)字信號(hào)將其送到接口電路;同步系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要組成部分之一,其作用是使通信系統(tǒng)的收、發(fā)端有統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),步調(diào)一致。 圖1 激光通信原理圖 關(guān)鍵技術(shù)分析 高功率激光器的選擇 激光器用于產(chǎn)生激光信號(hào),并形成光束射向空間。激光器的好壞直接影響通信質(zhì)量及通信距離,對(duì)系統(tǒng)整體性能影響很大,因而對(duì)它的選擇十分重要。空間光通信具有傳輸距離長(zhǎng),空間損耗大的特點(diǎn),因此要求光發(fā)射系統(tǒng)中的激光器輸出功率大,調(diào)制速率高。一般用于空間通信的激光器有三類: 二氧化碳激光器。輸出功率最大(>10kw),輸出波長(zhǎng)有10.6 m和9.6 m,但體積較大,壽命較短,比較適合于衛(wèi)星與地面間的光通信。 Nd:YAG激光器。波長(zhǎng)為1064nm,能提供幾瓦的連續(xù)輸出,但要求高功率的調(diào)制器并保證波形質(zhì)量,因此比較難于實(shí)現(xiàn),是未來(lái)空間通信的發(fā)展方向之一。采用半導(dǎo)體泵浦的固體激光器,若使半導(dǎo)體發(fā)射譜線與Nd:YAG激光器吸收譜線一致,可減少熱效應(yīng),改善激光光束質(zhì)量,提高激光源綜合性能。這種激光器適合用于星際光通信。 二極管激光器(LD)。LD具有高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn),并且可以直接調(diào)制,所以現(xiàn)在的許多空間光通信系統(tǒng)都采用LD作為光源。例如波長(zhǎng)為800~860nm的ALGaAs LD和波長(zhǎng)為970~1010nm的InGaAs LD。由于ALGaAs LD具有簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn),并且與探測(cè)、跟蹤用CCD陣列具有波長(zhǎng)兼容性,在空間光通信中成為一個(gè)較好的選擇。 快速、精確的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)(ATP)技術(shù) 這是保證實(shí)現(xiàn)空間遠(yuǎn)距離光通信的必要核心技術(shù)。系統(tǒng)通常由以下兩部分組成: 捕獲(粗跟蹤)系統(tǒng)。它是在較大視場(chǎng)范圍內(nèi)捕獲目標(biāo),捕獲范圍可達(dá)±1°~±20°或更大。通常采用CCD陣列來(lái)實(shí)現(xiàn),并與帶通光濾波器、信號(hào)實(shí)時(shí)處理的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同完成粗跟蹤,即目標(biāo)的捕獲。粗跟蹤的視場(chǎng)角為幾mrad,靈敏度約為10pW,跟蹤精度為幾十mrad; 跟蹤、瞄準(zhǔn)(精跟蹤)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在完成目標(biāo)捕獲后,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)和實(shí)時(shí)跟蹤。通常采用四象限紅外探測(cè)器(QD)或Q-APD高靈敏度位置傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn),并配以相應(yīng)伺服控制系統(tǒng)。精跟蹤要求視場(chǎng)角為幾百祌ad,跟蹤精度為幾 rad,跟蹤靈敏度大約為幾nW。 精密可靠高增益的收、發(fā)天線 為完成系統(tǒng)雙向互逆跟蹤,空間光通信系統(tǒng)均采用收、發(fā)一體天線,隔離度近100%的精密光機(jī)組件。由于二極管激光器光束質(zhì)量一般較差,要求天線增益高,另外為適應(yīng)空間系統(tǒng),天線(包括主副鏡,合束、分束濾光片等光學(xué)元件)總體結(jié)構(gòu)要緊湊、輕巧、穩(wěn)定可靠。目前天線口徑一般為幾厘米至25厘米。 大氣信道 在地-地、地-空激光通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸中,大氣信道是隨機(jī)的。大氣中氣體分子、水霧、雪、氣溶膠等粒子,幾何尺寸與二極管激光波長(zhǎng)相近甚至更小,這就會(huì)引起光的吸收和散射,特別在強(qiáng)湍流情況下,光信號(hào)將受到嚴(yán)重干擾。因此如何保證隨機(jī)信道條件下系統(tǒng)的正常工作,對(duì)大氣信道工程研究是十分重要的。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以較好地解決這一問(wèn)題,并已逐步走向?qū)嵱没?BR> 總之,空間光通信是包含多項(xiàng)工程的交叉科學(xué)研究課題,它的發(fā)展與高質(zhì)量大功率半導(dǎo)體激光器、精密光學(xué)元件、高質(zhì)量光濾波器件、高靈敏度光學(xué)探測(cè)器及快速、精密光、機(jī)、電綜合技術(shù)的研究和發(fā)展密切不可分,光電器件、激光技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展,為空間光通信奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。 發(fā)展趨勢(shì) 星際自由空間光通信技術(shù)的可行性問(wèn)題已經(jīng)解決,雖然至今尚未真正實(shí)現(xiàn)星際通信,但是發(fā)射功率、接收靈敏度、捕獲和瞄準(zhǔn)要求、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等關(guān)鍵技術(shù)近幾年已取得明顯進(jìn)步,相信不遠(yuǎn)的將來(lái)將取代微波通信成為星際通信的主要手段。 地面空間光通信將作為一種主要手段進(jìn)入本地寬帶接入市場(chǎng),特別是那些通常沒有光纖連接的中小企業(yè)。 微波系統(tǒng)和自由空間光通信系統(tǒng)在許多方面可互為補(bǔ)充,前者能提供大區(qū)域內(nèi)低速通信,而后者能提供小區(qū)域內(nèi)高速靈活的連接。各種系統(tǒng)的無(wú)縫連接能使用戶得到更方便的服務(wù)。此外,微波系統(tǒng)還可與自由空間光通信系統(tǒng)互為備份,在天氣惡劣甚至無(wú)法進(jìn)行光通信時(shí),啟動(dòng)微波通信系統(tǒng),可以大大提高通信系統(tǒng)的適用性和可靠性。 在戰(zhàn)場(chǎng)上,當(dāng)受到敵方強(qiáng)電磁輻射干擾時(shí),會(huì)導(dǎo)致微波通信系統(tǒng)失效,而光纖通信系統(tǒng)既無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)建立起來(lái),也不能滿足機(jī)動(dòng)性要求。此時(shí)自由空間光通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)立刻顯現(xiàn):它能在極短的時(shí)間內(nèi)建立,還對(duì)電磁干擾免疫,所以自由空間光通信在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 研究重點(diǎn) 光源 光源的波長(zhǎng)應(yīng)選擇在透過(guò)率良好的“大氣窗口”。發(fā)射功率要考慮到人眼的安全。對(duì)于光源,除了要求輸出光束質(zhì)量好、工作頻率高、出射光束窄以外,還要考慮激光器的輸出功率穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性、光束方向穩(wěn)定性和工作壽命等。因此有必要對(duì)新激光光源技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。多模二極管激光器光譜較寬,大氣色散等因素會(huì)引起一定的脈沖擴(kuò)展,從而限制通信速率,因此需要做進(jìn)一步的分析。自由空間光通信系統(tǒng)原來(lái)多采用800nm波段光源,這是由于此波段的激光器體積小、重量輕、效率高,比較成熟,有成品;同時(shí)該波段也有比較成熟的銫原子濾波器。近年來(lái),隨著光纖通信技術(shù)的成熟,自由空間光通信的工作波段有向1550nm波段發(fā)展的趨勢(shì)。 發(fā)射和接收天線 發(fā)射和接收天線的效率都會(huì)對(duì)自由空間光通信系統(tǒng)的接收光功率產(chǎn)生重要影響。發(fā)射天線可以設(shè)計(jì)成接近衍射極限,盡管可以獲得最小的光斑,但也給精確對(duì)準(zhǔn)帶來(lái)困難;為了接收更多的信號(hào)能量,接收天線的直徑越大越好,同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)的體積、重量和成本。所以,研制體積小、重量輕、光學(xué)增益大的新型接收天線對(duì)提高接收靈敏度有非常重要的意義。 大氣信道 對(duì)于大氣對(duì)激光通信信號(hào)的干擾的分析,目前僅局限于大氣的吸收和散射等,很少涉及到大氣湍流引起的閃爍、光束漂移、擴(kuò)展以及大氣色散等問(wèn)題,而這些因素都會(huì)影響接收端信號(hào)的信噪比,從而影響系統(tǒng)的誤碼率和通信距離、通信帶寬。因此,有必要在這方面做更深入詳盡的分析,并提出解決以上問(wèn)題的技術(shù)方案。例如,采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)是一個(gè)值得重視的研究方向。 組網(wǎng)及其他技術(shù) 各國(guó)紛紛把光纖通信的成熟技術(shù)和器件引入激光通信,波分復(fù)用技術(shù)和光放大器技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于自由空間光通信。隨著自由空間光通信技術(shù)的不斷完善,由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)向光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展是大勢(shì)所趨。有專家預(yù)測(cè),未來(lái)的自由空間光網(wǎng)絡(luò)將形成一個(gè)立體的交叉光網(wǎng),可在大氣層內(nèi)外和外太空衛(wèi)星上形成龐大的高容量通信網(wǎng),再與地面上的光纖網(wǎng)絡(luò)相溝通,滿足未來(lái)的各種通信業(yè)務(wù)需求。 保密通信 自由空間光通信的安全保密性較好,因?yàn)榧t外激光的波束窄且不可見,很難在空中發(fā)現(xiàn)其通信鏈路。同時(shí),激光束定向性好,如果想截取,一般需要在鏈路中插入,這是很難做到的,而即使被截取,用戶也會(huì)發(fā)現(xiàn),因?yàn)殒溌繁恢袛。因此,自由空間光通信系統(tǒng)比微波系統(tǒng)安全得多。但是經(jīng)分析論證,由于自由空間光通信信道的開放性,竊聽信號(hào)而又不阻斷光束的傳播,也是可以做到的。所以深入研究自由空間光通信的保密方法和技術(shù)是十分必要的。 自由空間光通信存在的主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn): (1)FSO是一種視距寬帶通信技術(shù),傳輸距離與信號(hào)質(zhì)量的矛盾非常突出,當(dāng)傳輸超過(guò)一定距離時(shí)波束就會(huì)變寬導(dǎo)致難以被接收點(diǎn)正確接收。目前,在1km以下才能獲得最佳的效果和質(zhì)量,最遠(yuǎn)只能達(dá)到4Km。多種因素影響其達(dá)不到99.999%(五個(gè)9)的穩(wěn)定性。 (2)FSO系統(tǒng)性能對(duì)天氣非常敏感是FSO的另一個(gè)主要問(wèn)題。晴天對(duì)FSO傳輸質(zhì)量的影響最小,而雨、雪和霧對(duì)傳輸質(zhì)量的影響則較大。據(jù)測(cè)試,F(xiàn)SO受天氣影響的衰減經(jīng)驗(yàn)值分別為:晴天,5-15db/km、雨,20-50db/km、雪,50-150db/km、霧,50-300db/km。國(guó)外為解決這個(gè)難題,一般會(huì)采用更高功率的激光器二極管、更先進(jìn)的光學(xué)器件和多光束來(lái)解決。 (3)城市內(nèi),由于建筑物的阻隔、晃動(dòng)將影響兩個(gè)點(diǎn)之間的激光對(duì)準(zhǔn)。 。4)激光的安全問(wèn)題也會(huì)影響其使用,超過(guò)一定功率的激光可能對(duì)人眼產(chǎn)生影響,人體也可能被激光系統(tǒng)釋放的能量傷害。所以產(chǎn)品要符合眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)。
抱歉,此頁(yè)面的內(nèi)容受版權(quán)保護(hù),復(fù)制需扣除次數(shù),次數(shù)不足時(shí)需付費(fèi)購(gòu)買。
如需下載請(qǐng)點(diǎn)擊:點(diǎn)擊此處下載
掃碼付費(fèi)即可復(fù)制
PCCCH | EMx | p4p | cucc | 電話公司地方局 | 調(diào)頻廣播業(yè)務(wù) | modelsim | E-UTRA | PI | BMC | napa | 全員營(yíng)銷 |
移動(dòng)通信網(wǎng) | 通信人才網(wǎng) | 更新日志 | 團(tuán)隊(duì)博客 | 免責(zé)聲明 | 關(guān)于詞典 | 幫助