空间光通信技术简介
空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。
一、开展空间光通信研究的意义及应用前景
1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分
卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。
2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础
低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。
3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值
●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍
当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。
●提供大容量多媒体宽带网接入
用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。
●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网
无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。
●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。
●支持灾难抢救的应急系统
无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案
●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统
例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。
二、空间光通信的优势
1.组网机动灵活
无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。
2.克服天气对激光传输的影响，实现全天候通信
不同的恶劣天气对无线光通信有不同的影响，但由于器件及技术的进步，且通过对大气特性研究的进展，无线光通信技术已基本上可以克服或者大大减轻了这种影响，一些公司的无线光通信产品可以实现全天候通信。
3.无需频率许可证
据2000年5月26日新闻报导，无线通信频率资源紧，电磁环境恶劣。而无线光通信的载波为光频，高于目前广泛应用的微波频率3~4个量级，而且光束发散角很小，在毫弧度量级。因此，不存在电磁干扰的问题，也就无需申请频率许可证。同时它也就具有了更好的性与可靠性。
4.无需铺设光缆或电缆，安装迅捷、使用方便，成本低廉
建立通信信道无需铺设光缆或者电缆，只需将光发射和接收天线（望远镜）对准即可。可以迅速建立楼群之间的通信联系，特别在施工现场还没有基础设施，或地势奇特（山顶和山脚要实现高码率通信），或不能立即在地下挖设管道铺设光纤，如街道，江河（挖设管道必须经过市政有关部门的批准），无线光通信的优势更是巨大的。
5.光、电、机一体化、小型化
现在使用轻便小巧的半导体激光器，替代过去的气体或者固体激光器，使得无线光通信得以小型化、实用化。
6.军事上应用潜力巨大
由于无线光通信产品具有上述所说的性好、可靠性高、建设安装迅捷、方便等优点，该产品还特别受军方的重视，在边防哨所、人烟稀少的山区，铺设线、数据线（电缆火光缆）成本太高，而且建设周期太长，不适合军方的要求。甚至在舰艇与岛屿、舰艇与舰艇之间也需要进行高码率通信，这就非无线光通信莫属。无线光通信系统在几公里到十几公里的围几乎全天候工作，能很好地满足军事需求。其发散角小、无电磁泄漏的特性增加了军事应用前景。
三、空间光通信国外研究开展状况
这里主要介绍大气光通信的情况，有关卫星光通信的介绍参见另文。
目前，无线光通信已成为发达国家宽带通信的关键技术，美国在政府花巨资开展该领域应用基础研究之后，AT&T、Cisco和Nortel已投入数十亿美金研发该类技术和产品。AT&T已成立庞大的光无线通信服务公司，在全球推广该类产品。在北美和欧洲，光无线通信被公认为未来最有前途的通信技术之一。
1.从卫星光通信的副产品发展成独立的热门产业
卫星光通信是目前通信领域的研究热点，前些年由各国军方控制该项技术，近年来已形成为商业公司的投资热点，如Teledesic子系统集资90亿美元，以光和微波混合通信方式覆盖全球。国际上几家搞卫星光通信多年的大公司或实验室都有自己的卫星光通信的地面演示系统，而且最近一两年从卫星光通信中分出一部精力专门搞地面无线光通信，它既是卫星光通信的基础，但专门用于地面时，又有其不同之处，由于广阔的经济效益，目前已从卫星光通信的副产品发展成一个独立的热门产业。SPIE协会的FSLCT文集中已开始有大量的文章讨论无线光通信，并且从1998年开始，SPIE专门组织了一个无线光通信（Optical Wireless Communication）会议，每年在美国召开一次，并出版会议文集。无线光通信逐渐在全球通信行业中热起来，例如，美国军方支持的喷气动力实验室（JPL）在1999年做了一项相距45公里水平面光链路实验，其用了4个780nm信标光建立链路，840nm激光通信，在2000米高度，空气质量为4级的情况通信；美国圣地亚哥大学、马里兰大学以及Texas大学，美国的Eagle Optoelectronics公司，fSONA通信公司，KVA技术公司，Laser Diode Systems Corp，lasinc公司以及以色列的JOLT公司也在做这方面的研究和开发，具有相当规模的数AstroTerra公司（简称AT公司）和Lucent公司（朗讯公司）。美国军方支持的AT公司以前一直从事卫星光通信，现在投入很大一部分精力从事地面光通信，并且推出
了自己的产品Terralink，它能提供通信距离为8公里、双工、协议透明、码率达230Mbps的通信能力，以及622Mbps，3.5 公里的通信能力，所用接收和发射天线面积为50cm2，接收灵敏度高达-46dBm，发射功率为20毫瓦，另外还采用了自动跟踪技术以补偿建筑物的摇摆。特别要说明的是另一家光通信的巨头Lucent（朗讯）公司在1999年做了相距2.4公里码率为2.5Gbps,波长为1550nm 的无线光通信实验，2000年做了40Gbps密集波分复用4.4公里无线光通信实验。它采用接收、发射共一个Schmidt-Cassegrain望远镜的光学装置。发射端由三个1550nm的DFB 信号激光和一个785nm的信标激光，信号激光通过掺铒光纤放大，输出功率高达+27dBm，接收端通过接收望远镜将光功率耦合到光纤中再接入APD2.5Gbps。在2001年发表的文章中，朗讯公司做了目前通信容量最大的通信系统，采用光线放大器，可以在200m的通信距离，实现20Gbps 至160Gbps码率的数据通信，其采用的发散角为0.5mrad，接收孔径为20cm。
图1 国外部分FSO产品照片
2002年9月，LightPointe成为首家在650码围传输稳定性达到五个9（99.999％）的FSO 公司。该公司在各个接收器间使用多光束，令网络中断时间从原来的每年6小时减少为每年只有30分钟。911世贸灾难发生后，奎斯特通讯是首家接受FSO技术的营运商，宣布将会把LightPointe 的屋顶FSO接收装置用于其全球网络。日本也有Cannon、Hamamatus等公司推出了FSO商业产品。目前国外大公司正积极进入中国市场。如美国Terabeam公司的FSO设备已入选联通运营，该公司已签约长城宽带，为中国15个城市建设FSO网络。2003年9月9日，美国的LightPointe （.lightpointe./）公司宣布同中为公司达成战略合作。根据协议，Lightpoint将为华为提供华为品牌的无线光通信产品。数百套设备已经被安装在中国各大运营商的网络中。Lightpointe表示华为今天所做的恰如丰田，本田以往在汽车工业的座位。Lightpointe非常愿意和华为这样的公司合作。华为公司的平安表示同Lightpointe的合作将为他们的用户提供了一种新的技术选择。目前国外主要FSO品牌大部分都已在国市场有售。图1给出国外几家公司的FSO产品照片。
2.全天候无线光通信
大气衰减和闪烁是影响无线光通信最大的因素，特别是雨、雾、雪等恶劣天气的影响更大，国外针对大气传输特性已作了许多研究，已取得重大进展，所推出的产品声称具有全天候通信能力。例如Terralink8-155产品在晴朗天气下，能见度为20公里时，有效通信距离为8公里，即使在浓雾情况下，能见度为50米，有效通信距离也能达到140米。在雾、雪、雨中，三者对大气衰减和闪烁的影响依次递减，中雪或者中雨的天气，有效通信距离可达3.5公里。在5公里以下，有效通信距离超过能见度，也就是说，只要能看见对方，即可通信。可见恶劣的天气并不像人们想象的那样对无线光通信造成很大的影响，会导致通信的失败，只是会影响有效的通信距离，并不是不能通信。
3.国外无线光通信应用实例
①.FDDI-300米-在法国合作部的楼宇之间实现办公自动化。
②.ISP-1公里-在直不罗陀与西班牙边境使用，把国际长途变为市。
③.TokenRing-450米-在以色列银行中的数条通讯线路。
④挪威保险公司楼宇之间的以太网数据联网。
⑤100MB Fast Ethernet-西班牙楼宇之间的数据联网。
⑥日本东京一家商业实业房地产公司通过无线光接入网使50栋楼接入以太网。
⑦在2000年的悉尼奥运会上，应用Terrestrial 1550nm WDM空间光通信系统进行了8个
通道0.89km的实时图像传输，每一通道的数据率为1.485Gbps。在2000年9月14号至2000年10月1日，整个奥运会的进行过程中，进行了每天24小时不间断的无误差连续通信。
4.室无线光通信
由于对无线通信的急剧需求，和地面无线光通信的快速发展，现在已经大量室无线光
通信的研究。主要是将无线光通信应用在室计算机网络及办公设备通信。室无线光通信与室外无线光通信主要区别在于信道的不同。地面无线光通信的信道主要收到太阳等自然背景光及大气的影响，大气对光通信的影响主要大气湍流所引起的闪烁以及天气现象所引起的衰减（雾、雨、云等自然现象）。而室无线光通信的信道主要收到人造光源的影响，比如荧光灯、日光灯等，还有一个对室高速通信影响比较严重的是由于室墙壁对光源的反射所引起的对接收信号造成的多径问题，这样对高码率通信会出现码间串扰(ISI) 。
除了上述介绍的这些公司或大学外，国外还有许多大学研究机构正准备发展无线光通信。无线光通信的发展顺应了通信产业的潮流，将来的通信行业必定要向高码率，低成本，多接入，安装架设容易方向发展。
5. 国研究状况
国这方面的商业产品很少，根据了解，光机所研制出了点对点155M大气激光通信机样机。光
电所2002年在国率先推出了10M码率、通信距离300米的点对点国产激光无线通信机商品。激光通信研究所从2003年开始正式推出FSO商品，最远通信距离可达8公里，速率为10－155M。大学激光通信实验室在空间光通信方面取得了具有国领先水平的研究成果，2002年以来取得了以下主要成果：
发表激光通信方面研究论文70余篇；
2002年在国首先完成42M多业务大气激光通信试验；
2003年5月完成数字复接光无线通信实验；
2004年3月完成DSP控制复合轴伺服系统空间目标自动扫描搜索试验；
2004年4月完成100M以太网光无线通信试验；
2004年11月研制出便携式100M以太网和计算机数据、图像传输激光无线通信系统工程样机，该系统在体积、重量、功耗、快速链路建立、多业务功能等指标上居国领先水平；
2004年11月在国率先完成5Gbps波分复用光无线通信试验；
2005年6月在国率先完成光无线中继通信模拟试验；
2006年3月完成DSP控制复合轴伺服系统空间目标自动扫描搜索与跟踪试验，这为建立移动平台间高速激光通信创造了必要条件。
由于无线光通信具有良好的市场前景，目前国有不下20家研究机构和大学正在开展有关研究工作，相信我国在这方面近几年会有大的发展。
空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。
自由空间光通信的现状与发展趋势 自由空间光通信的现状与发展趋势（一） 1 前言 20世纪90年代后期，随着全光接入网的发展，人们对传输速率的要求越来越高；随着通信范围的延伸，人们对快捷通信链路建立的兴趣进一步提高。自由空间光通信技术因其具有独到的优势，在固定无线宽带技术中，能为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案，又得到了极大的关注。其应用范围已从军用和航天逐渐迈入民用领域，其技术本身也在不断的完善中。 自由空间光通信可在以下一些范围发挥重要作用。1）可以作为光纤通信和微波通信冗余链路的备份；2）可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传；3）应用于城域网的建设以及最后一公里接入；4）在技术上或经济上不宜敷设光缆的地区，在不宜采用或限制使用无线电通信的地方；5）在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合6）在企业内部网互连和数据传输。 2 自由空间光通信的基本原理及其特点
自由空间光通信系统（FSO）是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。 系统所用的基本技术是光电转换。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。光发射机的光源受到电信号的调制，并通过作为天线的光学望远镜，将光信号经过大气信道传送到接收端的望远镜。高灵敏度的光接收机，将望远镜收到的光信号再转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。光的无线系统通常使用850nm或1550nm的工作波长。同时考虑到1500nm的光波对于雾有更强的穿透能力，而且人眼更安全，所以1550nm波长的FSO系统具有更广阔的使用前景。 自由空间光通信与微波技术相比，它具有调制速率高、频带宽、不占用频谱资源等特点；与有线和光纤通信相比，它具有机动灵活、对市政建设影响较小、运行成本低、易于推广等优点。自由空间光通信可以在一定程度弥补光纤和微波的不足。它的容量与光纤相近，但价格却低得多。它可以直接架设在屋顶，由空中传送。既不需申请频率执照，也没有敷设管道挖掘马路的问题。使用点对点的系统，在确定发收两点之间视线不受阻挡的通道之后，一般可在数小时之内安装完
本技术新型公开了一种自由空间光通信系统的光学天线，属于光通信技术领域。该光学天线包括可360°旋转的设置于一伸缩杆顶部的天线传输头外壳，该伸缩杆通过可沿底座表面旋转的转轴链接于底座表面；其中，天线传输头外壳内部远离伸缩杆顶部一侧依次设有消杂光光阑、瞄准器、副镜开孔的卡塞格伦天线、预准直装置和激光发射接受装置；所述激光发射接受装置包括半导体激光器和接收器；瞄准器包括三个呈中心对称的探测器，该探测器内设有激光光强感应器。本技术新型光学天线的激光束采用空间转直角坐标变换初步对准后，利用以探测器形成的等边三角形的三个顶点为基础，逐一进行对准的方法进行精确对准，可以针对任何变形和信息丢失的波形。 技术要求
1.一种自由空间光通信系统的光学天线，包括天线传输头外壳（1），其特征在于：天线传输头外壳（1）可360°旋转的设置于一伸缩杆（2）顶部，该伸缩杆（2）通过可沿底座（4）表面旋转的转轴（3）链接于底座（4）表面；所述天线传输头外壳（1）内部远离伸缩杆（2）顶部一侧依次设有消杂光光阑（7）、瞄准器（8）、卡塞格伦天线（9）、预准直装置（10）和激光发射接受装置（11）；所述激光发射接受装置（11）包括半导体激光器（11-1），半导体激光器（11-1）靠近预准直装置（10）一侧底部设有接收器（11-3），半导体激光器（11-1）与接收器（11-3）之间设有半透半反玻璃（11-2），接收器（11-3）接收到的激光信息输入电脑进行解码分析；所述卡塞格伦天线（9）包括主镜（9-1）和副镜（9-2），其中副镜（9-2）开孔；所述瞄准器（8）包括三个呈中心对称的探测器（8-1），该探测器（8-1）由可在天线传输头外壳（1）径向移动的支撑柱（8-2）和支撑柱（8-2）底部的激光光强感应器（8-3）构成，整个光学天线系统的控制电路设于各部件内部由电脑控制。 2.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述天线传输头外壳（1）前端设有防尘玻璃（6），前端顶部设有遮光檐（5）。 3.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述消杂光光阑（7）由若干内孔径依次减小的遮光圈构成。 技术说明书 一种自由空间光通信系统的光学天线 技术领域 本技术新型属于光通信技术领域，具体是一种自由空间光通信系统的光学天线。 背景技术
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光通信实验报告 篇一：光通信实验报告 信息与通信工程学院 光纤通信实验报告 班姓学 级：名：号： 班内序号：17 日 期：20XX年5月 一、oTDR的使用与测量 1、实验原理 oTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。oTDR就测量回到oTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信
号都有所损耗。 给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。 在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到oTDR。作为1550nm波长的oTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，oTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在oTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。 菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，oTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。 oTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一
自由空间光通信技术的 发展现状与未来趋势 易成林 (华中科技大学武昌分校,湖北武汉430070) 摘 要:自由空间光通信(Free2Space Optical Columniation,简称FSO)是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术,介绍了自由空间光通信的国内外研究现状,分析了应用现状和未来发展趋势。 关键词:自由空间;光通信技术;现状;趋势 中图分类号:F623 文献标识码:A 文章编号:167223198(2007)0920263202 1 自由空间光通信的研究现状 1.1 基于光电探测器直接耦合的FSO系统 早在30多年前,自由空间光通信曾掀起了研究的热潮,但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时,随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟,光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮,自由空间光通信一度陷入低谷。然而,随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现,以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟,自由空间光通信的研究重新得到重视。 在国外,FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止,FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络,比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上,Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送,并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网(SON ET)通过光节点连接在一起,完成了该地区整个光网络的建设。 目前商用的FSO系统(见图1)通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式,这种系统有以下几点缺点: (l)半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同,且出射光斑较粗,因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射,这样发射端的光学系统就较为复杂,体积也会相应增大。 (2)在接收端,光斑经光学天线会聚之后直接送入PD 转化为电信号。通常,我们需要提供点到点的,双向的通信系统,这样,FSO系统的每个终端都包括了激光器,探测器,光学系统,电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大,重量大,成本也比较高。从FSO 系统终端的内部结构图中可以看出,完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高,PD的成本也越来越高,6个O E转换单元大大增加了成本闭。 (3 )FSO终端设备一般安装于楼顶,如果终端中含有大量的有源设备,会给我们的安装带来了很多不方便。 (4)系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加,那么封装在一起的整个FSO系统终端都需要被新的终端取代,安装新设备的过程需要再次对准,整个升级过程所需要的时间很长,给人们带来巨大的损失。 图1 基于PD直接接受的FSO系统 1.2 基于光纤耦合技术的FSO系统 光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统(见图2 ),激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射,传输一定距离后,光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上,沿着光纤传输后经PD接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式,只需要在楼顶放置光学天线系统,而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接,整个系统结构简单,易于安装。 图2 基于光纤的FSO系统 这种新型的FSO系统具有以下优点:①减少了不必要的E一O转换,一条链路现在只需要2个O E接口即可,大大降低了成本。②光学系统较为简单,光纤出射的光束一般为圆高斯光,不需要整形,简化了光学系统,减小了体积,易于安装。③易于升级及维护,当用户的带宽增加时,我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可,免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很 — 3 6 2 —
自由空间光通信及可见光通信市场分析 什么是自由空间光通信? 无线通信经常面临带宽限制和低速数据传输等难题。但是，作为航空和国防领域有名的无线技术，自由空间光通信(FSO)则消除了传统无线通信系统所面临的诸多问题。该技术目前适用于卫星连接、深空探测器、偏远地区通信、无人机(UAVs)以及飞行器等。自由空间光通信适用于视线内的点对点通信。它使用不同的调制技术，如振幅与相位调制，用于将输入信息转化为数字信号，进而实现进一步传输。自由空间光通信的最新趋势受限于旨在改善通信传输数据流程和质量的先进编码方案的引入和发展。 自由空间光通信：市场推动力和限制因素 自由空间光通信由于其提供的诸多好处而越来越受欢迎，包括安装成本低、带宽利用率高、数据传输速度快、连接性提高等。此外，自由空间光学技术也适用于军事和商业应用，如电信。自由空间光通信的工作原理与光纤技术相同，只不过它使用空气作为传输信息的媒介，而不是光纤光缆。与此同时，自由空间光学通信的设置只需几个小时的安装。这些都是影响自由空间光通信市场发展的重要因素。然而，自由空间光学通信市场面临着一些挑战。例如，在两点之间部署自由空间光学通信设置之前，两者之间的视线内必须没有任何障碍物，如树木或建筑物等。此外，由于雾和大气湍流等因素，自由空间传播可能会受到干扰。由于光波的吸收、散射和反射，雾的存在会严重阻碍光波的传播特性。大气湍流可以引起闪烁，从而进一步增加比特误码率。这也是制约自由空间光通信市场发展的一些因素。 自由空间光通信：市场细分 自由空间光通信市场可以根据组件、数据类型、调制类型、应用、终端用户和区域进行细分。从组件方面来看，可以将市场细分为发射机、接收器、收发器、调制器、解调器等。发射器和接收器用于单向通信，而收发器则用于双向通信。使用自由空间光通信传输的不同类型的数据包括图像、声音以及视频等。从调制方面来看，自由空间光通信市场可以分割为振幅、频率、相位和偏振。此外，从应用方面来看，可以将市场细分为航空航天和国防、电信、医疗保健、灾害管理、存储区域网络(SAN) 等。从终端用户方面来看，可以将市场细分为企业和商业
自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势 自由空间光通信（Free-Space Optical Columniation，简称FSO）是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术，介绍了自由空间光通信的国内外研究现状，分析了应用现状和未来发展趋势。 标签：自由空间；光通信技术；现状；趋势 1 自由空间光通信的研究现状 1.1 基于光电探测器直接耦合的FSO系统 早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。 在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam 和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s 的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber 公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。 目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点： （l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。 （2）在接收端，光斑经光学天线会聚之后直接送入PD转化为电信号。通常，我们需要提供点到点的，双向的通信系统，这样，FSO系统的每个终端都包括了激光器，探测器，光学系统，电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大，重量大，成本也比较高。从FSO系统终端的内部结构图中可以看出，完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高，PD的成本也越来越高，6个OE转换单元大大增加了成本闭。
光通信技术实验报告 实验一光通讯系统WDM系统设计 实验目的 1.熟悉Optisystem实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光纤通信系统。 2.使用OptiSystem模拟仿真WDM系统的各项性能参数，并进行分析。 实验原理 光波分复用系统简介 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。 波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。 WDM光通信结构组成 1)滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过，并组织其他光波长 通过。可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。在WDM系统的光接收机中，为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤波器。要求其有宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。 2)复用器/解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中，或使混合 的信号分离成单个波长供光接收机处理。一般，复用/解复用器都可以进行互易，其结构基本是相同的。实际上即是一种波长路由器，使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。 实验软件介绍 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都使用。一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，OptiSystem具有强大的模拟环境和真实的
自由空间激光通信技术概述 06061118 刘晓彪 摘要：本文对自由空间激光通信技术经行了大体上的介绍，具体分析了其中的关键技术和研究重点，并对这一前沿技术的未来发展趋势经行了展望。 关键词：激光通信 自由传输 大气信道 空间激光通信系统是指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。自由空间激光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤，因此各技术强国在空间激光通信领域投入大量人力物力，并取得了很大进展。 一、传输原理 大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，最后通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关Ｋ掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成。接口电路将计算机与调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作；调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率；解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路；同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，步调一致。 二、关键技术分析 一）高功率激光器的选择 激光器用于产生激光信号，并形成光束射向空间。激光器的好坏直接影响通信质量及通信距离，对系统整体性能影响很大，因而对它的选择十分重要。空间光通信具有传输距离长，空间损耗大的特点，因此要求光发射系统中的激光器输出功率大，调制速率高。一般用于空间通信的激光器有三类：二氧化碳激光器。输出功率最大(>10kw)，输出波长有10.6m和9.6m，但体积较大，寿命较短，比较适合于卫星与地面间的光通信。 Nd:YAG激光器。波长为1064nm，能提供几瓦的连续输出，但要求高功率的调制器并保证波形质量，因此比较难于实现，是未来空间通信的发展方向之一。采用半导体泵浦的固体激光器，若使半导体发射谱线与Nd:YAG激光器吸收谱线一致，可减少热效应，改善激光光束质量，提高激光源综合性能。这种激光器适合用于星际光通信。 二极管激光器（LD）。LD具有高效率、结构简单、体积小、重量轻等优点，并且可以直接调制，所以现在的许多空间光通信系统都采用LD作为光源。例如波长为800～860nm的ALGaAs LD和波长为970～1010nm的InGaAs LD。由于ALGaAs LD具有简单、高效的特点，并且与探测、跟踪用CCD阵列具有波长兼容性，在空间光通信中成为一个较好的选择。 二）快速、精确的捕获、跟踪和瞄准（ATP）技术 这是保证实现空间远距离光通信的必要核心技术。系统通常由以下两部分组成： 1、捕获（粗跟踪）系统。它是在较大视场范围内捕获目标，捕获范围可达±1°～±20°或更大。通常采用CCD阵列来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构共同完成粗跟踪，即目标的捕获。粗跟踪的视场角为几mrad，灵敏度约为10pW，跟踪精度为几十mrad； 2、跟踪、瞄准（精跟踪）系统。该系统是在完成目标捕获后，对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用四象限红外探测器（QD）或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配以相应伺服控制系统。精跟踪
1ASON介绍 关于本章 ASON（Automatically Switched Optical Network），即自动光交换网络，是新一代 光传送网络，也称智能光网络。本章介绍了 ASON的一些基本概念及华为 ASON软件的 应用和特性。 1.1 概 华为公司提供的 ASON软件，可以应用在 OptiX OSN智能波分系列产品上，以支持传统网 述 络向 ASON网络的演进。 ASON软件符合 ITU-T和 IETF ASON/GMPLS系列标准。 1.2 ASON软件和功能 华为公司提供 ASON控制平面软件，完成网络的呼叫连接，通过信令交换完成传送平面 的动态控制等功能。 1.3 资源和拓扑自动发 ASON网络可实现链路资源、网络拓扑和站点间光纤的自动发现，自动形成网络地图。并 现 实时动态获取网络中波长/子波长业务的资源状态，包括占用和空闲资源状态，可以更 方便快捷的了解当前网络情况。 1.4 智能路径建立和删 在智能路径的建立、删除、修改和重路由的过程中，需要使用 RSVP-TE信令。 除 1.5 ASON特性 华为 OptiX OSN波分系列产品在加载智能软件后，即可提供 ASON功能。 1.6 光层和电层智能业 智能软件不仅能提供波长级别的光层智能业务，还提供子波长级别的电层智能业务，客 务 户在不同层面均能实现灵活的业务调度。
1.1 概述 华为公司提供的 ASON软件，可以应用在 OptiX OSN智能波分系列产品上，以支持传统网 络向 ASON网络的演进。 ASON软件符合 ITU-T和 IETF ASON/GMPLS系列标准。 支持 ASON功能的智能波分系列产品如下： 1.1.1 ASON 的产生和优势 A SON作为传送网领域的新技术，相对于传统 WDM网络，在业务配置、带宽利用率和保护方式上更具优势。 1.1.2 ASON的特点 A SON作为传送网领域的新技术，有其自身的特点。 1.1.3 华为 ASON解决方案 华为提供了详尽的不同层面的 ASON解决方案。 1.1.4 ASON的引入和发展 ASON的概念和标准是在传统 SDH传输系统已经大量存在的前提下出现的，合理的引 入方案和发展策略是非常必要的。 1.1.1 ASON 的产生和优势 ASON作为传送网领域的新技术，相对于传统 WDM网络，在业务配置、带宽利用率和保护方式上更具优势。 在传统网络中，波分传输设备往往只作为光纤的替代，而现在已经开始直接承载用户业务，所以对设备的可运营的需求增加。传统网络中存在以下问题： 业务配置步骤复杂，扩容或新开通业务周期较长 带宽利用率及效率低，环网结构需要预留一半的带宽 保护单一，网络自愈保护性能差 为了有效地解决上述问题，一种新型的网络体系应运而生，这就是自动交换光网络 （ASON），也就是通常所说的智能光网络。它在传输网中引入了信令，并通过增加控制平面，增强了网络连接管理和故障恢复能力。它支持端到端业务配置和多种业务恢复形 式。 业务配置 传统 WDM网络的拓扑结构以链形和环形为主，业务配置时，需要逐环、逐点配置业务，而且多是人工配置，费时费力。随着网络规模的日渐扩大，网络结构日渐复杂，这种业务配置方式已经不能满足快速增长的用户需求。 智能光网络成功地解决了这个问题，可以实现端到端的业务配置。配置业务只需选择源节点和宿节点，指定业务类型等参数，网络将自动完成业务的配置。 OptiX OSN 8800 OptiX OSN 6800 OptiX OSN 3800
声光调制器在空间光通信系统中的应用与分析阐述了空间光通信系统中声光调制器对二氧化碳激光束调制带宽、衍射效 率和调制线性的影响及实验曲线，文中设计的声光调制器已成功应用在空间光通信发射机上，并已开通户外试验，基本达到设计要求。 标签：空间光通信，声光调制器，调制带宽，增益，衍射效率 1 引言 空间光通信是包含多项工程的交叉科学研究课题，它不仅要完成一系列重要的技术功能，还需要有步骤地从地对地、地对空、空对空中获取许多试验数据和技术考验。本文设计的声光调制器能满足的通信距离：地对空大于15km，可传输图像和语音，全双工通信，误码率小于10-9。 2声光调制器的设计与计算 对于应用在10.6μm波长的声光器件，由于受到材料和波长等因素的限制，其设计及制作工艺都比较困难[3]。本文研制的声光调制器的声光介质选用Ge单晶，对10.6μm激光的折射率为4.0，介质品质因数M2=840×10-15S2/kg。在射频源输出功率为8.4W的条件下，衍射效率达到50%，调制带宽8MHz，完全达到使用要求。 由于声光调制器是利用布拉格衍射效应，在调制带宽为时，由（1）式可求出其衍射角的摆动范围为： 在作用距离15Km处，摆动范围近30米，故无法直接使用。本系统采用外差稳频技术稳频[5]，并在声光调制器前后放置一组共焦透镜进行聚焦和准直，经稳频和准直后，从声光调制器衍射出的1级光作为信号光，经发射天线发出的光束发散角为0.03mrad。频率的稳定原理基于斯塔克吸收效应，通过改变加在斯塔克盒上的直流电压可实现吸收盒中频的连续可调，如图2所示。为得到误差信号，可在斯塔克盒上再施加一交流信号，当CO2激光器发出的光经分束器通过斯塔克盒时，如果激光器频率等于斯塔克盒的吸收中频，则探测器上的信号即为斯塔克盒上交流电压频率的二次谐波成分；如果频率不相同，探测器得到一基波成分，经激光器控制系统使激光器频率恢复到斯塔克盒吸收频率。 3实验结果 由于声光调制器的调制带宽、衍射效率和调制线性等互相制约，设计时应综合考虑，而且调制结果直接影响数据的传输速率和质量，因而是发射机部分应重点考虑的内容之一；同时，发射天线的口径极其增益对探测器可接收到的激光功率有很大的影响，并且本系统使用的是收发合一天线，空中移动目標对天线的体积和重量均有一定的要求，也需统筹考虑。以下给出了一些实验及理论曲线，结
光纤通信技术介绍 光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。从此，开创了光纤通信领域的研究工作。1977年美国在芝加哥相距7000米的两电话局之间，首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。85微米波段的多模光纤为第一代光纤通信系统。1981年又实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统，为第二代光纤通信系统。1984年实现了1.3微米单模光纤的通信系统，即第三代光纤通信系统。80年代中后期又实现了1.55微米单模光纤通信系统，即第四代光纤通信系统。用光波分复用提高速率，用光波放大增长传输距离的系统，为第五代光纤通信系统。新系统中，相干光纤通信系统，已达现场实验水平，将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率，20世纪末或21世纪初可能达到实用化。在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。 就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm 的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域。 1. 有源光纤 这类光纤主要是指掺有稀土离子的光纤。如掺铒(Er3+)、掺钕(Nb3+)、掺镨(Pr3+)、掺镱(Yb3+)、掺铥(Tm3+)等，以此构成激光活性物质。这是制造光纤光放大器的核心物质。不同掺杂的光纤放大器应用于不同的工作波段，如掺饵光纤放大器(EDFA)应用于1550nm附近(C、L波段);掺镨光纤放大器(PDFA)主要应用于1310nm波段;掺铥光纤放大器(TDFA)主要应用于S波段等。这些掺杂光纤放大器与喇曼(Raman)光纤放大器一起给光纤通信技术带来了革命性的变化。它的显著作用是:直接放大光信号，延长传输距离;在光纤通信网和有线电视网(CATV网)中作分配损耗补偿;此外，在波分复用(WDM)系统中及光孤子通信系统中是不可缺少的关键元器件。正因为有了光纤放大器，才能实现无中继器的百万公里的光孤子传输。也正是有了光纤放大器，不仅能使WDM传输的距离大幅度延长，而且也使得传输的性能最佳化。 2. 色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber，DCF) 常规G.652光纤在1550nm波长附近的色散为17ps/nm×km。当速率超过2.5Gb/s时，随着传输距离的增加，会导致误码。若在CATV系统中使用，会使信号失真。其主要原因是正色散值的积累引起色散加剧，从而使传输特性变坏。为了克服这一问题，必须采用色散值为负的光纤，即将反色散光纤串接入系统中以抵消正色散值，从而控制整个系统的色散大小。这里的反色散光纤就是所谓的色散补偿光纤。在1550nm处，反色散光纤的色散值通常在-50~200ps/nm×km。为了得到如此高的负色散值，必须将其芯径做得很小，相对折射率差做得很大，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散补偿光纤是利用基模波导色散来获得高的负色散值，通常将其色散与衰减之比称作质量因数，质量因数当然越大越好。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，最近又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的"双补偿"光纤(DDCF)。该光纤的特点是色散斜率之比(RDE)与常规光纤相同，
空间激光通信技术研究 研究背景： 随着信息传输量呈指数级增长,目前以微波通信为主的卫星通信已经不能满足用户对容量和数据传输速率的需求,空间激光通信以其高容量、窄波束、轻载荷的技术优势呈现方兴未艾的发展态势。作为全球最早开展激光通信技术研究的国家,美国在20世纪60年代中期就实施了空间光通信方面的研究计划。进入20世纪90年代后,随着激光技术和关键器件的基础研究取得突破,空间激光通信的应用研究和工程试验工作开始加速。美国、欧洲、日本等制定了多项有关自由空间激光通信的研究计划,对自由空间激光通信系统所涉及到的各项关键技术展开了全面研究,并开展了多次在轨实验验证。我国在“九五”期间开展了空间激光通信的基本概念和理论研究,其后在关键技术、样机设计、地面试验、在轨试验方面均逐步取得重大进展,为未来空间应用奠定了一定的理论、技术和工程试验基础。在空间激光通信领域,虽然与发达国家相比,我们还存在一些差距,但我国关键技术攻关的技术路线是与国外基本保持同步的。只要充分发挥后发优势,纳入国家创新体系集智攻关,在未来空间宽带网络中充分利用空间激光通信技术,不仅是可行的,而且大有作为。 发展我国空间激光宽带网络,主要由以下几个方面的需求。首先是高速数据传输需求。2020年前后,大多数信息获取类
卫星数据传输速率在2 Gbit/s 以上,最高要求8 Gbit/s以上。2030 年航天器数据传输速率将向更高发展,微波手段已经难以满足需求。其次是空间高速组网需求。天基信息系统包括环境监测、通信卫星、中继卫星、导航定位等应用卫星系统,轨道包括地球静止轨道、倾斜大椭圆轨道和太阳同步轨道等多种轨道形式。随着航天技术发展,各应用卫星系统之间信息交互的数据量越来越大,轨道内、轨道间卫星之间组网运行的需求日益迫切,急需构建天基一体、信息融合、互连互通的天基信息网。利用激光作为载体,是实现大容量高速组网运行的最佳手段。最后是技术发展推动需求。利用微波进行高速数据传输存在3个突出问题:1)频带受限,传输速率难有较大突破,目前微波传输的最高速率是Gbit/s 级,不能满足空间宽带组网的需要;2)轨道频率资源紧张,申请协调难度大,在已分配的GEO卫星222 个轨位中,美国占145 个,中国仅占19个;3)频谱拥挤重叠,频率干扰严重,频谱协调难度加大。考虑到现实情况,采用微波技术构建我国覆盖全球的空间宽带网络,在频率和轨道资源上都存在较大困难。激光通信具有高带宽、高传输速率等优点,可有效克服微波传输存在的上述突出问题,是空间宽带组网的最佳技术途径。 目前,我国已经在空间激光通信领域取得了一定成果,利用国家创新体系推动相干激光通信、星地激光通信大气效应、激光通信组网等关键技术取得突破,加快我国空间激光通信
自由空间光通信（FSO） 摘要：无线光通信又称自由空间光通信（FSO），是一种以激光为载波（MHz）, 在真空或大气中传递信息的通信技术。随着“最后一公里”对高带宽、低成本接入技术的迫切需求，F S O 在视距传输、宽带接入中逐渐得到了的应用。本文简单介绍了自由空间无线光通信技术的发展现状，其基本原理、系统组成和相关的关键技术，简要分析影响自由空间光通信的几个重要因素及可能解决的方法，最后从应用的角度，分析自由空间的发展的方向和趋势。 关键词：自由空间光通信（FSO），系统组成，问题，趋势 一、背景 自由空间光通信FSO( Free space optics)或称无线光通信技术，在20 世纪80 年代就开始用于军方,随着掺饵光纤放大器EDFA、波分复用WDMA、自适应光学Adaptive Optics 等技术不断发展, 无线光通信在传输距离、可靠性、传输容量等方面有了较大改善, 适用面也越来越宽。90年代 FSO 系统的厂商围绕着技术的经济性来开发他们的产品, 因为安装屋顶到屋顶的FSO 链路比挖掘城市街道、安装光纤线路快捷便宜得多。由于无线通信所赖以生存的射频频谱正在变得十分拥挤, 很难再支撑高速宽带大容量无线通信应用。于是, 人们又将目光转向了无线光通信。 虽然无线光通信技术还有待成熟，但它却有显著的优点： (1) 频带宽，速率高：理论上，无线光通信的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同。目前国外无线光通信系统一般使用1550n m波长，传输速率可达10Gbit/s，可完成12万个话路，其传输距离可达5k m。国内一般使用850n m波长技术，速率为10M b i t/s～155Mbit/s，传输距离可达4km。 (2) 频谱资源丰富：FSO设备多采用红外光传输方式，无需申请频率执照和交纳频率占用费，也不会和微波等无线通信系统产生相互干扰。升级容易，接口开放。 (3) 适用多种通信协议：无线光通信产品作为一种物理层的传输设备，可以用在S D H、A T M、以太网、快速以太网等常见的通信网络中，并可支持2.5 G bit/s的传输速率，适用于传输数据、声音和影像等信息。 (4)部署链路快捷：FSO设备可以直接架设在楼顶，甚至可在水域上部署，能完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务，其施工周期较短，可以在数小时内建立起通信链路，
光纤通信传输简介 随着近年来对光纤光缆、光器件。光系统的大力研究和开发，光纤性能更加完善，品种更加多元化，光纤通信已成为信息高速公路的传输平台，通信网络也在向全光网络发展。这篇论文旨在了解并简要介绍这个通信传输的主力军。 首先是光纤通信的介质：电缆。电缆又分为三种。 第一种为双绞线电缆，双绞线(TP)是一种最常用的传输介质。双绞线是由两根具有绝缘保护的铜导线组成，把两根绝缘铜导线，按一定的密度互相绞在一起，可以减少串扰及信号放射影响的程度，每一根导线在导电传输中放出的电波会被另一根线上发出的电波所抵消。 双绞线由两根22号至26号绝缘铜导线相互缠绕而成，而将一对或多对双绞线安置在一个套桷中，便形成了双绞线电缆。 双绞线电缆广泛应用于传统的通信领域。在计算机网络通信的早期阶段，点到点传输方式均使用双绞线电缆。随着技术的进步，双绞线电缆所能支持的通信速率不断提高。目前三类双绞线电缆能支持10Mbps100米，即10BASE-T标准，五类双绞线支持100Mbps速率100米，即CDDI标准甚至能支持155Mbps的ATM速率。根据最新的研究结果，双绞线能支持600Mbps以上的速率。 a、非屏蔽双绞线电缆
非屏蔽双绞线电缆是由多对双绞线和一个塑料外皮构成。国际电气工业协会(EIA)为双绞线电缆定义了五种不同的质量级别。 计算机网络中常使用的是第三类和第五类以及超五类非屏蔽双绞线电缆。 第三类双绞线适用于大部分计算机局域网络，而第五类双绞线利用增加缠绕密度、高质量绝像材料，极大地改善了传输介质的性质。 由于继承了声音电信通信的办法，计算机网络用的非屏蔽双绞线电缆在安装上通常与大部分电话系统相同，采用同一种方法，一个用户设备，通过RJ-45(4对线)或RJ-11(2对线)的电话连接器端口与非屏蔽双绞线电缆相连。目前，非屏蔽双绞线可在100米内，使数据传输率达到100Mbps(每秒百万位)。 b、屏蔽双绞线电缆 屏蔽双绞线电缆的内部与非屏蔽双绞线电缆一样是双绞铜线，外层由铝箔包着。 Apple计算机公司以及IBM公司所用的各种传输介质都要求使用屏蔽双绞线电缆。屏蔽双绞线相对来讲要贵一些，但它仍然比同轴粗缆和光缆便宜些。它的安装要比非屏蔽双绞线电缆难一些，类似同轴电缆。它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术。它具有较高的传输速率，100米以内达500Mbps，但是通常使用的传输率都不超过155Mbps。目前使用最普遍的速率是 16Mbps。屏蔽双绞线电缆的最大使用距离也限制在百米之内。
无线光通信FSO技术简介 FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。 FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps～10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。 在基础网的建设方面，使用光纤技术的高速网络正在不断完善。与此同时，光空间通信方式作为高速网络最后一公里的宽带通信方式，近来正受到各方面的关注。特别是，在城市宽带网络建设中，由于市政建设基本定形，新设光纤的施工需要繁琐的市政批准。有些地方如跨铁路、公路的施工非常困难，该通信方式的实用化对城市高速宽带通信网络的建设不失为一种极其有效的方法。 光通信方式分为利用光纤技术的有线通信方式和利用光空间通信技术(Free - Space Optics：FSO)的无线通信方式两种。光空间通信方式是将自由空间作为传送媒体，主要用半导体振荡器做光源，以激光束的形式在空间传送信息。对该领域的开发研究曾经风行一时。 FSO技术的历史可追溯到20世纪60年代。1960年，梅曼发明了自然界不存在的红宝石振荡器，作为相干性光源使用。第二年，HE-Ne 振荡器在贝尔实验室开发成功。以后，1962年，又成功的开发了GaAIAs 半导体振荡器。1970年，GaAIAs振荡器在日本、美国以及前苏联实现了连续振荡。小型、高速且可调制半导体振荡器的出现成为光传送研究得以大幅度发展的契机。 自从发明振荡器后，很快就有人尝试将其用于室外光通信。在日本，从1965年开始，用1年多的时间，利用He-Ne振荡器，进行了6.3公里的折返传送实验，以比较光空间通信与微波通信的区别。另外，NTT公司从1970年到1973年，利用3年时间在东京都中心地区设置了4个路径，进行了距离在520m～2.5Km的传送实验。此次实验使用的是He-Ne振荡器(波长0.63μm)和半导体的LED(波长0.8μm)。实验报告表明，光源性质的不同造成的传播特性上的差异并非很大。同时，实验还表明，空中传播造成的偏振面的变动较少，且传播损耗的大小在很大程度上取决于视程。此后，由于低损耗的光纤的出现，使得光空间通信方面的研究纷纷转向光纤技术领域，光空间通信的研究受到了冷落。 最近几年，由于光空间通信所需要的各种设备的价格下降导致光空间通信装置本身的价格降低，同时，光空间通信所持有的简便性、宽带性、无电磁干扰性、无需申请市政批准等特性，使得这种通信方式重新受到广泛的关注。 任何一种技术都有其局限性，光空间通信方式是在空中以激光束方式传播信号，需在可视距离内进行通信，并易受气象条件等因素的影响。