無線激光通信技術(shù)應(yīng)用分析

蔡鳳福

（廣東公誠通信建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 廣州 510610）

1 無線激光通信的基本原理

無線激光通信不是用光纖作為傳輸媒介，而是以大氣為媒質(zhì)，通過激光或光脈沖在太赫茲(THz)光譜范圍內(nèi)傳送信息的通信系統(tǒng)；其傳送終端在原理上與光纖傳送終端十分相似，但由于用在接入系統(tǒng)，因而組成更為簡單。激光具有普通光的一切特性，即折射、反射、透射、衍射和干涉等，但它比普通光具有更優(yōu)良的特性，即單色性(激光光波都具有相同的頻率)好，強度高，相干性與方向性好，因此激光束的發(fā)散角度小，能量集中在很小的范圍內(nèi)，接收器可獲得比微波高幾個數(shù)量級的功率密度。

無線激光通信本質(zhì)上也是一種無線電通信，但它與一般無線電通信相比又有區(qū)別。在無線激光通信系統(tǒng)中多了兩個轉(zhuǎn)換過程，即在發(fā)送端進行電一光的轉(zhuǎn)換，在接收端進行光一電的轉(zhuǎn)換。一個光傳輸系統(tǒng)，所用的基本技術(shù)，也就是光電的轉(zhuǎn)換。在點對點傳輸?shù)那闆r下，每一端都設(shè)有光發(fā)射機和光接收機，具有全雙工的通信能力。通常把待發(fā)送的信息源(語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等)，通過信號轉(zhuǎn)換設(shè)備(話筒、攝像機等)轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字電信號，然后把這些信號輸入光調(diào)制器，調(diào)制到一個由激光器產(chǎn)生的激光束(激光載波)上，并控制這個載波的某個參數(shù)(振幅等)，使它按電信號的規(guī)律變化。于是，激光載波就運載著這些信息(此時的激光被稱作已調(diào)制激光信號)，經(jīng)過信息處理以后由發(fā)射望遠(yuǎn)鏡 (發(fā)射天線)發(fā)射出去。發(fā)射望遠(yuǎn)鏡能把截面很小的激光束變成截面較大的激光束，方便接收望遠(yuǎn)鏡調(diào)整方位并接收信號；如果不進行這樣的處理，由于激光束截面很小，且激光是直線傳播的，將會給接收望遠(yuǎn)鏡的方位調(diào)整帶來困難。接收是發(fā)射的逆過程。接收望遠(yuǎn)鏡(接收天線)接收到已調(diào)制激光信號，送到光檢測器取出電信號，然后由信號轉(zhuǎn)換設(shè)備(如揚聲器、顯示器等)恢復(fù)出原始信息。接收望遠(yuǎn)鏡能用于接收大面積的激光束，并聚焦成較小的光斑，起到恢復(fù)激光束本來面目的作用。

2 無線激光通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 有關(guān)于大氣中通信信道的研究

大氣中的氣體分子、水霧、雪、氣溶膠等離子，其兒何尺寸與半導(dǎo)體激光器波長相近甚至更小，這就會引起光的吸收、散射，特別是在強湍流的情況下，光信號將受到嚴(yán)重干擾甚至脫靶自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以較好的解決這一問題，并逐漸走向?qū)嵱没?。多孔徑發(fā)射、多孔徑接收技術(shù)也可以適當(dāng)減弱大氣散射的影響。

2.2 需要精密可靠的收發(fā)合一的光學(xué)天線

為完成系統(tǒng)的雙向互逆跟蹤，光通信系統(tǒng)均采用收、發(fā)合一光學(xué)天線，由于半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量一般較差，要求天線增益要高。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。

2.3 抗干擾高靈敏度的微弱光信號接收技術(shù)為快速、精確地捕獲目標(biāo)和接收信號，抗擊空間光通信系統(tǒng)中，光接收端機接收到的信號是十分微弱的，又加之在高背景噪聲光場的干擾情況下，會導(dǎo)致接收端信噪比很小的缺點，通常采取兩方面地措施：第一是提高接收端機的靈敏度，第二是對所接收信號進行處理，在光信道上采用光窄帶濾波器，以抑制背景雜散光的千擾，在電信道上則采用微弱信號檢測與處理技術(shù)。

2.4 高調(diào)制速率，高能量轉(zhuǎn)換效率。大功率的光放大發(fā)射技術(shù)

空間激光通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離高碼率特點，對光發(fā)射模塊提出了極高的要求。第一要求激DAFA光器有很好的性能，保證激光器在高碼率調(diào)制下啁啾系數(shù)小，第二對激光器的功率要求很高。同時，由于系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的共同約束條件限制，信號光的波束寬度不能太小，接收天線的增益有限。因此，如何解決大功率與高調(diào)制速率的矛盾是一項必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。

2.5 ATP系統(tǒng)技術(shù)

這是保證實現(xiàn)空間遠(yuǎn)距離光通信的必要核心技術(shù)。ATP系統(tǒng)通常由兩部分組成，一是.捕獲(粗跟蹤)系統(tǒng)。它是在較大視場范圍內(nèi)捕獲目標(biāo)，通常采用陣列ccD來實現(xiàn)，并與帶通光濾波器、信號實時處理的伺服執(zhí)行機構(gòu)完成粗跟蹤即目標(biāo)的捕獲。二是跟蹤、瞄準(zhǔn)(精跟蹤)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功能是在完成了目標(biāo)捕獲后，對目標(biāo)進行瞄準(zhǔn)和實時跟蹤。通常采用四象限紅外探測器QD高靈敏度位置傳感器來實現(xiàn)，并配以相應(yīng)的電子學(xué)伺服控制系統(tǒng)。

3 無線激光通信的主要應(yīng)用

3.1 FSO在企事業(yè)內(nèi)部網(wǎng)連接中的應(yīng)用

在校園網(wǎng)、小區(qū)網(wǎng)或大企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)建設(shè)中，經(jīng)常會碰到這樣一種情況：馬路對面的新建大樓急需接通，可挖路許可權(quán)卻遲遲不能得到批準(zhǔn)或者根本就無法取到，這時候無線激光通信技術(shù)便可以大顯身手。無線激光通信設(shè)備配備標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口或光接口，且對協(xié)議透明，可以非常方便的完成局域網(wǎng)的連接。

3.2 FSO在寬帶接入中“最后一公里”的應(yīng)用

隨著通信網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，局域網(wǎng)以及千兆以太網(wǎng)開始快速增長，將這些高速的局域網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)連接到運營商的通信網(wǎng)絡(luò)，必須依靠高帶寬的接入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前有很多接入技術(shù)可供選擇，比如光纖、微波、xDSL等；但光纖、微波接入方式成本高，xDSL則帶寬太低，而無線激光通信作為一種新興的寬帶無線接入方式浮出水面，是解決寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的傳輸瓶頸的有效途徑。

3.3 FSO在移動通信中的應(yīng)用

移動通信是當(dāng)今通信領(lǐng)域內(nèi)最為活躍、發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，隨著移動電話用戶的迅猛增長和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的推廣，無線網(wǎng)絡(luò)需要具有更高的帶寬和容量。如何充分地利用現(xiàn)有資源，用最低投入、以最快速度實現(xiàn)移動網(wǎng)絡(luò)擴容和優(yōu)化，成為移動網(wǎng)絡(luò)運營商最為關(guān)注的問題。無線激光通信技術(shù)作為一種接入技術(shù)，因為其自身的特點和在施工、帶寬、成本等方面的優(yōu)點，已逐漸成為各大運營商的首選方案之一。該方案在主干網(wǎng)到距離最近的天線之間采用光纖連接，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換器后，由FSO設(shè)備系統(tǒng)再連接到其它天線，一定距離內(nèi)的天線可以共用一個基站，具有以下優(yōu)點：一是省去基站到天線之間的鏈路鋪設(shè)，縮短了施工時間和施工費用；二是可以多個天線共用一個基站，減少了基站數(shù)目；三是無線激光通信技術(shù)采用紅外激光傳輸，相鄰設(shè)備之間不會產(chǎn)生干擾。

3.4 用于意外恢復(fù)和應(yīng)急臨時鏈路

在突發(fā)的自然或人為意外災(zāi)害中，原有通信線路被破壞，難以立即恢復(fù)時；或者在一些特殊地方發(fā)生突發(fā)事件，需要應(yīng)急通信；或者某些需要快速建立一些臨時鏈路用于現(xiàn)場通信的場合，可采用無線激光通信進行快速的部署。

3.5 用于特殊地理條件下的通信鏈路連接

在通信鏈路必須跨越高速公路、河流、擁擠的城區(qū)，由于地理條件的限制無法敷設(shè)光纖線路時，采用無線激光通信可以有效解決鏈路連接的困難。

4 結(jié)束語

FSO可以用于城域網(wǎng)的擴展，局域網(wǎng)的互連，移動通信的基站互連，最后一公里寬帶接入，以及災(zāi)難應(yīng)急、臨時部署等。今后，隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的進一步發(fā)展，要求更高帶寬應(yīng)用的流媒體視頻等業(yè)務(wù)的普及，對接入網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋范圍的要求將更為嚴(yán)格。而作為光纖與微波通信的一種補充方式，無線激光通信將有著良好的應(yīng)用發(fā)展前景。

[1]杜安源,柯熙政.大氣激光通信系統(tǒng)中RS碼的研究與實現(xiàn)[J].光電工程;2004年S1期.