无线激光通信技术应用分析.docx

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1、无线激光通信技术应用分析 摘要:无线激光通信(Wireless Optical Communication)又称自由空间光通信或大气激光通信,是近年来出现的通信热点,它是以大气或者自由空间为媒介,让载波激光在大气中传输有效信息的一种新型的通信技术。无线激光通信有无线电通信的便利性,同时也继承了光纤通信的绝大部分优点,尤其是大通信容量的特点。它凭借着传输速率高、便利敏捷、保密性好、抗于扰性强等特点脱颖而出,在民用和军用上得到了广泛的应用,成为一种极具竞争力的新兴的通信技术。文章主要介绍无线激光通信的基本工作原理,分析了无线激光通信关键技术技术,以及国内无线激光通信应用的现状,供大家参考。 关键词

2、:FSO;激光;无线;宽带接入 1 无线激光通信的基本原理 无线激光通信不是用光纤作为传输媒介,而是以大气为媒质,通过激光或光脉冲在太赫兹(THz)光谱范围内传送信息的通信系统;其传送终端在原理上与光纤传送终端非常相像,但由于用在接入系统,因而组成更为简洁。激光具有一般光的一切特性,即折射、反射、透射、衍射和干涉等,但它比一般光具有更优良的特性,即单色性(激光光波都具有相同的频率)好,强度高,相干性与方向性好,因此激光束的发散角度小,能量集中在很小的范围内,接收器可获得比微波高几个数量级的功率密度。 无线激光通信本质上也是一种无线电通信,但它与一般无线电通信相比又有区分。在无线激光通信系统中多

3、了两个转换过程,即在发送端进行电一光的转换,在接收端进行光一电的转换。一个光传输系统,所用的基本技术,也就是光电的转换。在点对点传输的状况下,每一端都设有光放射机和光接收机,具有全双工的通信实力。通常把待发送的信息源(语言、文字、数据、图像等),通过信号转换设备(话筒、摄像机等)转换成模拟或数字电信号,然后把这些信号输入光调制器,调制到一个由激光器产生的激光束(激光载波)上,并限制这个载波的某个参数(振幅等),使它按电信号的规律改变。于是,激光载波就运载着这些信息(此时的激光被称作已调制激光信号),经过信息处理以后由放射望远镜(放射天线)放射出去。放射望远镜能把截面很小的激光束变成截面较大的激

4、光束,便利接收望远镜调整方位并接收信号;假如不进行这样的处理,由于激光束截面很小,且激光是直线传播的,将会给接收望远镜的方位调整带来困难。接收是放射的逆过程。接收望远镜(接收天线)接收到已调制激光信号,送到光检测器取出电信号,然后由信号转换设备(如扬声器、显示器等)复原出原始信息。接收望远镜能用于接收大面积的激光束,并聚焦成较小的光斑,起到复原激光束原来面目的作用。 2 无线激光通信的关键技术 2.1 有关于大气中通信信道的探讨 大气中的气体分子、水雾、雪、气溶胶等离子,其儿何尺寸与半导体激光器波长相近甚至更小,这就会引起光的汲取、散射,特殊是在强湍流的状况下,光信号将受到严峻干扰甚至脱靶自适

5、应光学技术可以较好的解决这一问题,并渐渐走向好用化。多孔径放射、多孔径接收技术也可以适当减弱大气散射的影响。 2.2 须要精密牢靠的收发合一的光学天线 为完成系统的双向互逆跟踪,光通信系统均采纳收、发合一光学天线,由于半导体激光器光束质量一般较差,要求天线增益要高。另外,为适应空间系统,天线(包括主副镜,合束、分束滤光片等光学元件)总体结构要紧凑、灵巧、稳定牢靠。 2.3 抗干扰高灵敏度的微弱光信号接收技术为快速、精确地捕获目标和接收信号,抗击空间光通信系统中,光接收端机接收到的信号是非常微弱的,又加之在高背景噪声光场的干扰状况下,会导致接收端信噪比很小的缺点,通常实行两方面地措施:第一是提高

6、接收端机的灵敏度,其次是对所接收信号进行处理,在光信道上采纳光窄带滤波器,以抑制背景杂散光的千扰,在电信道上则采纳微弱信号检测与处理技术。 2.4 高调制速率,高能量转换效率。大功率的光放大放射技术 空间激光通信系统的远距离高码率特点,对光放射模块提出了极高的要求。第一要求激DAFA光器有很好的性能,保证激光器在高码率调制下啁啾系数小,其次对激光器的功率要求很高。同时,由于系统与各子系统的共同约束条件限制,信号光的波束宽度不能太小,接收天线的增益有限。因此,如何解决大功率与高调制速率的冲突是一项必需解决的关键技术。 2.5 ATP系统技术 这是保证明现空间远距离光通信的必要核心技术。ATP系统

7、通常由两部分组成,一是.捕获(粗跟踪)系统。它是在较大视场范围内捕获目标,通常采纳阵列ccD来实现,并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构完成粗跟踪即目标的捕获。二是跟踪、瞄准(精跟踪)系统。该系统的功能是在完成了目标捕获后,对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采纳四象限红外探测器QD高灵敏度位置传感器来实现,并配以相应的电子学伺服限制系统。 3 无线激光通信的主要应用 3.1 FSO在企事业内部网连接中的应用 在校内网、小区网或大企业的内部网建设中,常常会遇到这样一种状况:公路对面的新建大楼急需接通,可挖路许可权却迟迟不能得到批准或者根本就无法取到,这时候无线激光通信技术便可以大显身手。无线

8、激光通信设备配备标准RJ45接口或光接口,且对协议透亮,可以特别便利的完成局域网的连接。 3.2 FSO在宽带接入中“最终一公里”的应用 随着通信网建设的发展,局域网以及千兆以太网起先快速增长,将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营商的通信网络,必需依靠高带宽的接入网络。当前有许多接入技术可供选择,比如光纤、微波、xDSL等;但光纤、微波接入方式成本高,xDSL则带宽太低,而无线激光通信作为一种新兴的宽带无线接入方式浮出水面,是解决宽带网络“最终一公里”的传输瓶颈的有效途径。 3.3 FSO在移动通信中的应用 移动通信是当今通信领域内最为活跃、发展最为快速的领域之一,随着移动电话用户的迅猛增

9、长和移动数据业务的推广,无线网络须要具有更高的带宽和容量。如何充分地利用现有资源,用最低投入、以最快速度实现移动网络扩容和优化,成为移动网络运营商最为关注的问题。无线激光通信技术作为一种接入技术,因为其自身的特点和在施工、带宽、成本等方面的优点,已渐渐成为各大运营商的首选方案之一。该方案在主干网到距离最近的天线之间采纳光纤连接,经过协议转换器后,由FSO设备系统再连接到其它天线,肯定距离内的天线可以共用一个基站,具有以下优点:一是省去基站到天线之间的链路铺设,缩短了施工时间和施工费用;二是可以多个天线共用一个基站,削减了基站数目;三是无线激光通信技术采纳红外激光传输,相邻设备之间不会产生干扰。

10、 3.4 用于意外复原和应急临时链路 在突发的自然或人为意外灾难中,原有通信线路被破坏,难以马上复原时;或者在一些特别地方发生突发事务,须要应急通信;或者某些须要快速建立一些临时链路用于现场通信的场合,可采纳无线激光通信进行快速的部署。 3.5 用于特别地理条件下的通信链路连接 在通信链路必需跨越高速马路、河流、拥挤的城区,由于地理条件的限制无法敷设光纤线路时,采纳无线激光通信可以有效解决链路连接的困难。 4 结束语 FSO可以用于城域网的扩展,局域网的互连,移动通信的基站互连,最终一公里宽带接入,以及灾难应急、临时部署等。今后,随着宽带网络的进一步发展,要求更高带宽应用的流媒体视频等业务的普及,对接入网络的容量和覆盖范围的要求将更为严格。而作为光纤与微波通信的一种补充方式,无线激光通信将有着良好的应用发展前景。 参考文献 1杜安源,柯熙政.大气激光通信系统中RS码的探讨与实现J.光电工程;2004年S1期. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页