空間光通信技術(shù)的發(fā)展與展望

顧欣++陳燕翔++陳健

摘 要目前自由空間通信技術(shù)在各個領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，其是一種以激光束為傳播信號，大氣為傳播介質(zhì)的新型通信技術(shù)。隨著社會的進步以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，空間光通信技術(shù)也取得了突破性的進展，成為現(xiàn)代社會信息交流的基礎(chǔ)。本文通過對空間光通信技術(shù)的概述以及在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，對空間光通信的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，并對其發(fā)展和應(yīng)用進行了深入的探討。

【關(guān)鍵詞】空間光通信技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù) 天線技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人們對空間通信技術(shù)的研究也愈加深入，目前空間技術(shù)中的大功率軌道運載技術(shù)以及大容量衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，促進了空間光通信技術(shù)的發(fā)展。當前人們對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾室笥忻黠@提升，因此對空間通信技術(shù)的要求也高，空間光通信技術(shù)能夠適應(yīng)現(xiàn)代社會快速發(fā)展的需求，有效的提高通信數(shù)據(jù)的傳輸率，廣泛的引用在保密通信、局域網(wǎng)互聯(lián)、城域網(wǎng)擴展等領(lǐng)域，為現(xiàn)代社會的發(fā)展提供可靠高效的技術(shù)保障。

1 空間光通信技術(shù)概述

傳統(tǒng)的空間通信技術(shù)的載體是微波，但是這種技術(shù)已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代社會發(fā)展的需求，隨著通信技術(shù)的研究發(fā)展，空間通信技術(shù)逐漸發(fā)展到以激光為載波、大氣為傳輸介質(zhì)的光通信技術(shù)，作為一種新型的寬帶通信技術(shù)，這種技術(shù)一方面繼承了微波通信的優(yōu)勢，另一方面還增加了光纖通信的特點，其基本的原理是激光傳輸技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)。該技術(shù)在進行兩點傳輸時，發(fā)射端和接收端設(shè)置有高靈敏度的激光的發(fā)生器和接收器，以及配備光學(xué)望遠鏡，發(fā)射端將電信號調(diào)制為光信號發(fā)出后，是以直線傳播的方式穿過自由空間到達接收端，其中光學(xué)望遠鏡控制激光的發(fā)射方向和接收方向，接收端在接收到光信號后再調(diào)制為電信號，實現(xiàn)雙工通信?？臻g光通信的優(yōu)勢是通信容量大以及傳輸速度快，且成本低，安裝簡便。

2 我國空間光通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

一直以來，衛(wèi)星技術(shù)是我國進行空間探測的重要手段，并提供相應(yīng)的技術(shù)保障，但是以微波為載體的空間技術(shù)已經(jīng)無法滿足快速發(fā)展的社會需求。在發(fā)達國家空間光通信技術(shù)的研究已經(jīng)取得了極大進展，但是在我國空間光通信技術(shù)還處于起步階段，因此只能借鑒國外先進的研究結(jié)果。我國的光通信技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)取得了不錯的成就。在“十五”和“十一五”期間，我國首次成功的進行了星地激光通信實驗，以海洋二號衛(wèi)星平臺為搭建平臺，這次實驗標志著我國的衛(wèi)星光通信技術(shù)已經(jīng)進入空間試驗階段。隨著連續(xù)波大功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)、空分復(fù)用技術(shù)、智能天線技術(shù)等的發(fā)展，光通信技術(shù)也不斷的拉長傳輸距離，增大傳輸容量，提高了可靠性，拓寬了適用范圍。在“九五”期間我國已經(jīng)開始基于激光大氣通信理論對空間光通信跟蹤技術(shù)進行深入研究，并取得了一定成就。

3 空間光通信關(guān)鍵技術(shù)

3.1 原子探針層析技術(shù)

原子探針層析技術(shù)（APT）在空間光通信系統(tǒng)中負責(zé)實現(xiàn)通信連接的功能，是當前空間分辨率較高的分析測試技術(shù)，能夠分辨原子種類，并對其空間位置進行直觀的重構(gòu)，比較真實的顯示出不同元素原子的三維空間分布。APT是應(yīng)用在空間光通信系統(tǒng)的服務(wù)器中，當服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)探測到信息時，APT服務(wù)器開始掃描通信鏈路，確認信息雙方的位置，確認后開始獲取信息，并鎖定通信目標，隨后完成光通信連接。

3.2 天線技術(shù)

天線技術(shù)是采用收發(fā)一體的天線實現(xiàn)空間光通信系統(tǒng)中的雙向互逆功能，提升空間光通信的傳輸性能。該技術(shù)的實現(xiàn)主要依靠天線陣、波束形成網(wǎng)絡(luò)以及波束形成算法，在發(fā)射器將電信號轉(zhuǎn)化為光信號后傳輸?shù)桨l(fā)射天線后，天線技術(shù)利用波束形成算法計算發(fā)射功率，并發(fā)射出光束；接收天線對光束進行接收，主要是利用信號在不同的傳播方向的差異性，將相同頻率、相同時隙的信號進行區(qū)分，有效的降低了光信損失，使空間光通信更加穩(wěn)定可靠。

3.3 捕獲技術(shù)

捕獲技術(shù)是空間光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是能夠?qū)崿F(xiàn)通信的先決條件。主要原理是監(jiān)視和跟蹤目標特定的光電，來實現(xiàn)運動捕捉。利用捕獲技術(shù)能夠捕捉空間點的運行軌跡和具體位置，為實現(xiàn)空間光通信墊定基礎(chǔ)。

4 空間光通信技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

當前空間光通信技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了可行性，并在各個領(lǐng)域都有應(yīng)用，一定程度上推動了現(xiàn)代社會的發(fā)展，當前面臨的主要問題是如何實現(xiàn)星際自由空間光通信。在信息高速增長的現(xiàn)代社會環(huán)境下，空間光通信技術(shù)的發(fā)展目標是提升傳輸?shù)目煽啃?、提高傳輸速率以及擴展傳輸距離。隨著三網(wǎng)融合，現(xiàn)代通信的發(fā)展方向是數(shù)字化和智能化，因此我國要想在激烈競爭的國際背景下有所突破，就要實現(xiàn)空間光通信系統(tǒng)的智能化以及數(shù)字化。主要的研究方向如下：大氣信道的研究，大氣是對信號影響最大的干擾因素，會在接收端產(chǎn)生一定的信噪比，解決大氣信道干擾能夠提升空間光通信技術(shù)的通信速率和拓寬通信距離；傳輸可靠性的研究，主要是研究信號接收和信號源，需要激光器產(chǎn)生的信號具有光束窄、頻率高的特丹，因此對其功率以及穩(wěn)定性要進行深入研究；保密性的研究，當前自由空間光通信技術(shù)的通信信道是開放的，這樣會造成不法分子在不切斷光束的情況下竊取信息，因此要進一步完善空間光通信技術(shù)的保密性和安全性。今后空間光通信技術(shù)將會在寬帶接入市場中成為主流，與微波通信技術(shù)互為補充，微波系統(tǒng)在大區(qū)域范圍內(nèi)實現(xiàn)低速通信，空間光通信技術(shù)在小區(qū)域范圍內(nèi)實現(xiàn)高速通信，更加便利的為用戶提供可靠穩(wěn)定的服務(wù)，還能在惡劣環(huán)境下充當備份通信服務(wù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，空間光通信技術(shù)在現(xiàn)代社會中逐漸發(fā)揮不可替代的作用，其發(fā)射率高、靈敏度高以及安全保密性良好的特點，可以滿足衛(wèi)星通信的需求，并與其他通信技術(shù)互為補充，實現(xiàn)了光纖的告訴傳輸，并帶動了三網(wǎng)融合的發(fā)展，促進電子政務(wù)、電子商務(wù)、遠程醫(yī)療等信息化建設(shè)領(lǐng)域。空間光通信技術(shù)的發(fā)展空間廣闊，并會為我們生活帶來更多的便捷。

參考文獻

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作者單位

1.中移（杭州）信息技術(shù)有限公司 浙江省杭州市 311100

2.浙江樹人大學(xué)（基礎(chǔ)部） 浙江省杭州市 310015