空间光通信系统、技术、现状及展望

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1、空间光通信系统、技术、现状及展望～教育资源库　　空间光通信曾掀起研究的热潮，但自从70年代光纤通信的迅速发展以及大气光通信受到天气的严重影响，使得一度辉煌的空间光通信研究陷入低谷。但随着对超稳激光器、新型光束控制器、高灵敏度和高数据率接收器和适合空间应用的先进通信电子设备的研究基本成熟，空间光通信又成为下一代光通信的发展方向之一。在过去10年内，对卫星轨道之间、空对地、地对空、地对地等各种形式光通信系统的研究在世界各发达国家中广泛进行，一些先进国家已经推出空间光通信的一些产品，如美国朗讯的2.54Gbps波分复用系统，日本佳能公司的无线光通信系统等。我国通信事业的迅速发展也对空间光通

2、信提出了要求。　　星际空间光通信　　随着国家信息基础设施NII（NationalInformationInfrastructure）和全球信息基础设施GII(GlobalInformationInfrastructure)的提出，社会对通信的要求越来越高。而目前卫星通信所采用的微波通信技术因受到体积、重量、功耗等方面的严格限制不能无限制地提高传输速率与容量。在卫星通信日益拥挤的今天，光波段通信有极大的潜力，是实现高速大容量通信的最佳方案，甚至可以说是唯一的解决方案。这已经是通信领域许多专家的共识。实际上，世界各主要技术强国为了争夺空间激光通信这一领域的技术优势，已经投入了大量的人力和

3、物力，并取得了可喜的进展。星际空间激光通信包括深空、同步轨道(GEO)、中轨道(MEO)、低轨道(LEO)卫星间、地面站之间的激光通信，还包括卫星与地面站之间的激光通信。在卫星通信中，使用激光与使用微波相比，具有不少独特的优点：　　1、与微波相比，光波频率高3～5个数量级，频率资源丰富得多，可以获得高得多的数据传输速率，能满足大容量传输的要求，并为实现空间多任务提供了时间保障。　　2、激光波束比微波波束的发散角小3～5个数量级，这将大大增加接收端的电磁波能量密度，有利于终端减轻重量、减少体积，降低功耗。　　3、保密和抗干扰性能极好，这对军事应用十分有利。　　地面无线光通信　　近几年来

4、，人们对宽带多媒体业务的需求促进了整个通信网络的宽带化发展，光波是宽带信息的最理想载体，光纤通信的迅速发展已证明了这一点。与光纤通信的应用领域有所不同，光无线通信适合于宽带无线接入。近几年来，随着计算机网络宽带化的发展，提出了用光无线接入技术来解决宽带接入中最后一公里的问题。与无线电相比，光的频率高、能量集中、方向性强、可用频谱宽，无需向频谱管理部门申请频率使用许可证，并可防止通信相互干扰和窃听。与光纤通信相比，它有造价低、施工简便、迅速等优势。无线光通信技术适合于下列应用场合：　　＊在有强电磁干扰的场所；　　＊一些不宜布线的场所，比如在具有纪念意义的古建筑，危险性大的工厂、车间；　

5、　＊在走线成本高、施工难度大或经市政部门审批困难的场合，如马路两侧建筑物之间、不易架桥的河两岸之间等；　　＊一些临时性的场所，如展览厅、短期租用的商务办公室或临时野外工作环境；　　＊一些具有移动性的场合，如使用便携式电脑的交易大厅等。　　具体系统有：　　点到点系统　　室外点到点系统可使用高功率发射器来获得足够的功率预算储备。对于距离在视距范围内的情况，如相邻两建筑物间的通信，空气损耗比较低，并且发射器的安装和校准相对于长距离通信要容易，无需自动校准和跟踪装置，所以复杂程度和价格都大大降低。室内点到点系统与室外的工作原理相同，但设计却有所不同。首先它们必须保证对人眼的安全，LED发射器

6、为最佳选择，但传输能力限制在几Mb/s。另一方面，室内系统的工作环境比室外的稳定，无需应付恶劣天气情况的装置，因此造价更低。此外，通信距离在1m以内的超短距离点到点光无线系统近几年得到了很大的开发和应用。这种系统主要用于笔记本电脑、打印机、移动等设备的连接。　　光无绳系统　　光无绳系统能使光覆盖一定范围，就像无线通信中的小区。进入小区内的用户都能得到光无绳基站的服务。在小区直径为10m左右的系统，可以在许多室内公共场所广泛使用。这种系统可用于对带宽需求高的场合，如金融中心和交易所。　　散射系统　　这种系统使用散射通道，克服了视距通道的缺点。它的发射角大，让光从墙壁、天花板、门和家具表

7、面反射。接收器的探测角很宽，能一并接收不同路径来的光；这样即使视距通道被挡，只要存在一条散射通道，就可进行通信，并且支持一定范围内的用户移动。　　系统组成及关键技术　　空间光通信系统包括发射、接收和ATP(捕获、追踪和瞄准)三种功能的光学系统。发射部分的主要组成：1、信号输入和处理电路；2、半导体激光器发射光源及其驱动电源；3、发射光学系统。接收部分的主要组成：1、接收光学系统；2、光电探测器；3、信号处理和输出电路。ATP伺服控制系统中包括有信号模/数转