無線激光通信技術應用分析

蔡鳳福

（廣東公誠通信建設監理有限公司，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，通過激光或光脈沖在太赫茲(THz)光譜范圍內傳送信息的通信系統；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，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，因此激光束的發散角度小，能量集中在很小的范圍內，接收器可獲得比微波高幾個數量級的功率密度。

無線激光通信本質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別。在無線激光通信系統中多了兩個轉換過程，即在發送端進行電一光的轉換，在接收端進行光一電的轉換。一個光傳輸系統，所用的基本技術，也就是光電的轉換。在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發射機和光接收機，具有全雙工的通信能力。通常把待發送的信息源(語言、文字、數據、圖像等)，通過信號轉換設備(話筒、攝像機等)轉換成模擬或數字電信號，然后把這些信號輸入光調制器，調制到一個由激光器產生的激光束(激光載波)上，并控制這個載波的某個參數(振幅等)，使它按電信號的規律變化。于是，激光載波就運載著這些信息(此時的激光被稱作已調制激光信號)，經過信息處理以后由發射望遠鏡 (發射天線)發射出去。發射望遠鏡能把截面很小的激光束變成截面較大的激光束，方便接收望遠鏡調整方位并接收信號；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，將會給接收望遠鏡的方位調整帶來困難。接收是發射的逆過程。接收望遠鏡(接收天線)接收到已調制激光信號，送到光檢測器取出電信號，然后由信號轉換設備(如揚聲器、顯示器等)恢復出原始信息。接收望遠鏡能用于接收大面積的激光束，并聚焦成較小的光斑，起到恢復激光束本來面目的作用。

2 無線激光通信的關鍵技術

2.1 有關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，光信號將受到嚴重干擾甚至脫靶自適應光學技術可以較好的解決這一問題，并逐漸走向實用化。多孔徑發射、多孔徑接收技術也可以適當減弱大氣散射的影響。

2.2 需要精密可靠的收發合一的光學天線

為完成系統的雙向互逆跟蹤，光通信系統均采用收、發合一光學天線，由于半導體激光器光束質量一般較差，要求天線增益要高。另外，為適應空間系統，天線(包括主副鏡，合束、分束濾光片等光學元件)總體結構要緊湊、輕巧、穩定可靠。

2.3 抗干擾高靈敏度的微弱光信號接收技術為快速、精確地捕獲目標和接收信號，抗擊空間光通信系統中，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。

2.4 高調制速率，高能量轉換效率。大功率的光放大發射技術

空間激光通信系統的遠距離高碼率特點，對光發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制下啁啾系數小，第二對激光器的功率要求很高。同時，由于系統與各子系統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制速率的矛盾是一項必須解決的關鍵技術。

2.5 ATP系統技術

這是保證實現空間遠距離光通信的必要核心技術。ATP系統通常由兩部分組成，一是.捕獲(粗跟蹤)系統。它是在較大視場范圍內捕獲目標，通常采用陣列ccD來實現，并與帶通光濾波器、信號實時處理的伺服執行機構完成粗跟蹤即目標的捕獲。二是跟蹤、瞄準(精跟蹤)系統。該系統的功能是在完成了目標捕獲后，對目標進行瞄準和實時跟蹤。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，并配以相應的電子學伺服控制系統。

3 無線激光通信的主要應用

3.1 FSO在企事業內部網連接中的應用

在校園網、小區網或大企業的內部網建設中，經常會碰到這樣一種情況：馬路對面的新建大樓急需接通，可挖路許可權卻遲遲不能得到批準或者根本就無法取到，這時候無線激光通信技術便可以大顯身手。無線激光通信設備配備標準RJ45接口或光接口，且對協議透明，可以非常方便的完成局域網的連接。

3.2 FSO在寬帶接入中“最后一公里”的應用

隨著通信網建設的發展，局域網以及千兆以太網開始快速增長，將這些高速的局域網和千兆以太網連接到運營商的通信網絡，必須依靠高帶寬的接入網絡。當前有很多接入技術可供選擇，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，是解決寬帶網絡“最后一公里”的傳輸瓶頸的有效途徑。

3.3 FSO在移動通信中的應用

移動通信是當今通信領域內最為活躍、發展最為迅速的領域之一，隨著移動電話用戶的迅猛增長和移動數據業務的推廣，無線網絡需要具有更高的帶寬和容量。如何充分地利用現有資源，用最低投入、以最快速度實現移動網絡擴容和優化，成為移動網絡運營商最為關注的問題。無線激光通信技術作為一種接入技術，因為其自身的特點和在施工、帶寬、成本等方面的優點，已逐漸成為各大運營商的首選方案之一。該方案在主干網到距離最近的天線之間采用光纖連接，經過協議轉換器后，由FSO設備系統再連接到其它天線，一定距離內的天線可以共用一個基站，具有以下優點：一是省去基站到天線之間的鏈路鋪設，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，減少了基站數目；三是無線激光通信技術采用紅外激光傳輸，相鄰設備之間不會產生干擾。

3.4 用于意外恢復和應急臨時鏈路

在突發的自然或人為意外災害中，原有通信線路被破壞，難以立即恢復時；或者在一些特殊地方發生突發事件，需要應急通信；或者某些需要快速建立一些臨時鏈路用于現場通信的場合，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，由于地理條件的限制無法敷設光纖線路時，采用無線激光通信可以有效解決鏈路連接的困難。

4 結束語

FSO可以用于城域網的擴展，局域網的互連，移動通信的基站互連，最后一公里寬帶接入，以及災難應急、臨時部署等。今后，隨著寬帶網絡的進一步發展，要求更高帶寬應用的流媒體視頻等業務的普及，對接入網絡的容量和覆蓋范圍的要求將更為嚴格。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用發展前景。

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