空间卫星光通信关键技术的分析探讨
通信技术
? Communications Technology
42 ?电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
【关键词】空间卫星 光通信链路技术 方案
光通信能够有效突破低轨卫星与定点卫星间高码率通信瓶颈，但高频调制速率和大功率光源技术是目前空间卫星光通信链路中的关键技术和难点，为有效实现空间卫星间的光通信，应当提高光源的发射功率大和调制码速率，并采用灵敏度相对高接收机。
1 空间卫星光通信链路关键技术
捕获、对准与跟踪子系统、通信子系统以及辅助功能子系统是激光通信终端的重要组成部分。在建立空间激光卫星通信链路中，信号光束的发散角非常小，大约在10~20μrad 之本文间，故对准与跟踪技术是空间卫星光通信链路的关键技术，对准与跟踪技术的跟瞄精度直接影响着光通信系统的通信质量。距离远、码速率高以及误码率低是空间卫星之间的通信的主要特点，这也使得空间卫星光通信子系统对光通信光源的功率要求相对较高。加上受到对准与跟踪技术跟瞄精度限制以及系统对体积、质量和功耗的限制，信号光的波束宽度太小无法满足通信需要，同时接收天线增益的限制和光源功率需求的增加也是空间卫星通信链路的关键技术。
出于对光学系统的制造、装校产生的偏差、准直能力的约束以及最佳光束发散角的限制的考虑，实际光学系统仍然与理想衍射极限光学系统在性能方面存在一些差异。通过构建和分析光通信发射激光传输模型，可以将接收端机探测器上接收到的功率P d 用以下公式表示：
P d =ηt ηr P t [D r /(θL)]2 其中，D r 表示接收天线孔径，P t 表示激光光源发射功率，θ表示发射光束发散角，L 表示卫星间的通信距离，
ηt 表示发射天线效率，ηr 表示接收天线效率。由以上公式可以得出，接收功率P d 与激光发散角平方成反比，同时与激光发射功率成正比，并P d 也与接收天线孔径平方成正比。
LEO-GEO 的通信距离为 4.5×104km ，若
空间卫星光通信关键技术的分析探讨
文/何川
通信码速率为1Gb/s ，且通信误码率为10-7，
出于对卫星上质量和体积限制的考虑，为有效实现卫星间的通信应当选择孔径为250mm 的天线。当发射天线效率、接收天线效率、对准与跟踪指向偏差损失、链路储备以及接收机灵敏度分别为-3dB 、-7dB 、-2dB 、1dB 以及-40dBm 时，根据以上接收功率公式P d 可以算出，当发射光束发散角θ为10μrad 时，激光光源发射功率的需求应当达到5.9W ；当发射光束发散角θ为20μrad 时，激光光源发射功率的需求应当达到23W 。
在空间卫星通信过程中，采用减小光束发散角的方式能够可降低对光源发射功率的需求，然而衍射极限、光束准直能力以及对准与跟踪跟瞄精度等因素直接限制着光束发散角的减小，对此，高码率的大功率光源也是空间卫星光通信关键技术。
2 空间卫星光通信链路关键技术解决方案
卫星间激光通信的波长通常800nm 、1060nm 以及1550nm 三个波段中选择，由于卫星受到质量、体积以及功耗的限制，卫星间通信的激光光源通常会选择800nm 和1500nm 波段的半导体激光器。目前，对于1550nm 波段，由于光放大器技术日趋成熟为光功率的放大奠定了坚实基础，在对小功率输出的激光器进行调制时，可以采用调制高码速率方式实现；在对1Gb/s 的码速率进行调制时，可以通过直接调制的方式进行调制；对于更高码速率调制时，可以通过间接调制的方式实现。在完成调制后，再利用掺铒光纤放大器将调制得到的信号进行放大，以获得高码率、大功率的发射光源。对于800nm 波段的卫星间激光通信波长，目前相应的光放大器不完善，需采用大功率的激光器，结合直接调制和间接调制实现调制。然而，随着激光功率大，对调制带宽和调制深度提出了更高要求，同时也对调制电压需求提出了更高要求。与1500nm 的波段激光器相比，800nm 波段激光器在单纵模和单横模方面特性相对较差，对采用直接调制的方式进行调制，会产生较大的啁啾，对此，对于800nm 波段的调制最好采用间接调制方式。目前，由于受技术和设备的限制，难以获得高于1Gb/s 码速率高功率激光光源，可以采用波分复用技术来降低激光的调制速率。
当前，为更好地实现空间卫星光通信，仅单纯通过增加系统发射端的发射功率难以实现，可以采用提高接收机灵敏度的方式，将接收机灵敏度改善3dB 。然而，高接收灵敏度接
收机在设计方面和制造方面均存在较大难度，因此，在目前探测器灵敏度有限的情况下，提高接收机的灵敏度依然是采用空间卫星光通信链路的一些关键技术。
采用高灵敏度探测器能够有效提升接受灵敏度，但是探测器灵敏度是受技术水平和器件水平的限制。为了进一步提升接收端机灵敏度，可以采用光学窄带滤波技术降低背景光的影响，提升空间卫星光通信系统信噪比。同时，也可以采用对不同分光片参数和干涉滤光片进行科学设计来实现信道收发隔离度的提升。对于1550nm 波段接收灵敏度的提升，可以采用低噪声前置掺铒光纤放大器的方式实现。
3 结束语
在进行空间卫星之间的空间激光通信时，通信距离相对较远，码速率相对较高，同时通常还会受到光束发散角受衍射极限以及跟瞄精度的限制，使得空间卫星间的通信受到影响。对此，空间卫星通信系统应当具备较大的光源发射功率和较高的调制码速率，同时通信系统的接收机必须具备较高的灵敏度，并克服克服背景光的干扰，确保空间卫星间的通信质量。
参考文献
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作者简介
何川（1968-），男，四川省江油市人。大学本科学历。现为重庆电子工程职业学院通信工程学院讲师。主要研究方向为通信技术、电子技术。
作者单位
重庆电子工程职业学院通信工程学院 重庆市 401331
空间光通信技术简介
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 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
浅谈全光通信网及其关键技术
浅谈全光通信网及其关键技术 光信息科学与技术2008级1班黄丽 20081359046 摘要 随着Internet业务和多媒体应用的快速发展，网络的业务量正急剧增加，这就要求网络必须具有高比特率数据传输能力和大吞吐量的交叉能力。光纤通信技术出现以后，其近30THz的巨大潜在带宽容量给通信领域带来了蓬勃发展的机遇，特别是在提出信息高速公路以来，光技术开始渗透于整个通信网，光纤通信有向全光网推进的趋势。本文粗略描述了全光网的发展与现状，讨论了全光通信技术，并对全光网的发展进行了展望。 关键词 全光通信网全光通信技术 正文 一．全光网的概念： 所谓全光网，就是网中直到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式，即端到端的完全的光路，中间没有电转换的介入。数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备(OXC)。在全光网络中，由于没有光电转换的障碍，所以允许存在各种不同的协议和编码形式，信息传输具有透明性，且无需面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。 二．全光网的优点： 基于波分复用的全光通信网，能比传统的电信网提供更为巨大的通信容量，可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。全光网具备如下以往通信网和现行光通信系统所不具备的优点： 1.全光网通过波长选择器来实现路由选择，即以波长来选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式均具有透明性，可以提供多种协议业务，可不受限制地提供端到端业务。透明性是指网络中的信息在从源地址到目的地址的过程中，不受任何干涉。由于全光网中信号的传输全在光域中进行，信号速率、格式等仅受限于接收端和发射端，因此全光网对信号是透明的。 2.全光网不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。 3.全光网络具备可扩展性，加入新的网络节点时，不影响原有网络结构和设备，降低了网络成本。 4.可根据通信业务量的需求，动态地改变网络结构，充分利用网络资源，具有网络的可重组性。 5.全光网络结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没有变换与存储，网中许多光器件都是无源的，可靠性高、可维护性好。 三、全光网的体系结构和基本结构
自由空间光通信系统的光学天线的制作方法
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
GEO多波束卫星通信网络关键技术研究
2009年第05期，第42卷 通 信 技 术 Vol.42，No.05,2009 总第209期Communications Technology No.209,Totally GEO多波束卫星通信网络关键技术研究 杨巧丽①②， 陆锐敏②， 马刈非① （①解放军理工大学 通信工程学院，江苏 南京 210007；②总参第63研究所，江苏 南京 210007） 【摘 要】文章对GEO多波束卫星通信网络的体系结构进行了分析研究；提出了一种集中式与分布式相结合的天地一体化无线资源管理模式；针对QoS保证和特殊的抗干扰应用需求，对其呼叫准入控制、波束切换管理、分组调度策略等关键技术给出了初步的研究建议。 【关键词】GEO卫星通信网络；服务质量（QoS）；无线资源管理（RRM） 【中图分类号】TN927.23【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2009)05-0158-03 Key Technologies of GEO Multi-beam Satellite Communications Network YANG Qiao-li①②， LU Rui-min②， MA Yi-fei① （①Institute of Communication Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing Jiangsu 210007, China; ②No.63 Research Institute of PLA General Staff Headquarters, Nanjing Jiangsu 210007, China） 【Abstract】The network structure of GEO Multi-beam satellite communications network is analyzed. The model of integrated space-ground radio resource management in combination of centralized mode and distributed mode is proposed. For the quality of service (QoS) support and the special requirement of anti-jamming, some research suggestions on call admission control, beam handoff management and packet scheduling are given. 【Key words】GEO satellite communications network；quality of Service (QoS)；radio resource management (RRM) 0 引言 GEO多波束卫星通信系统以其覆盖范围广、星座和网络控制简单等诸多优点一直都是军事领域研究和应用的重点[1]。为了满足未来国家多方面安全利益的需求，未来军事卫星通信系统将由3-5颗GEO卫星星座组成，采用更高的频段、多波束天线、宽带跳频、星上处理、星上交换、星上网络控制、星际链路等先进技术，能够实现与地面其他网络内任何用户的互连互通，同时还将满足从低速到高速的话音、数据、视频、Internet数据传输等多媒体业务需求，实现抗干扰并可应对复杂的电磁环境，提供受保护的动中通服务能力。 1 天地一体化网络体系结构 随着星上处理和交换技术的发展，鉴于军事应用抗干扰、抗摧毁能力的特殊需求，未来军事GEO卫星通信系统将采用多星全球覆盖有星际链路组网应用模式[2]，采用星际链路方式时，卫星无需地面站中转就可直接互连，不仅降低了通信时延，而且还会显著地改善通话质量；另外，为了保证在地面网络管理中心受到打击时整个卫星通信系统的自主运行能力，还应该考虑星上网络控制设计方案[3]。 如下页图1所示，给出了多星全球覆盖有星际链路天地一体化网络体系结构示意图。在军事应用背景下，应用Ka或更高频段为系统提供了足够大的带宽，可调多波束主要是为了空间隔离以提高系统的抗干扰能力，必要时可能还需要波束重叠使用以增强特殊覆盖区域内的用户容量和通话质量，所以一般不进行频率复用。同其它卫星通信系统类似，GEO多波束卫星通信网络也可划分为空间段、用户段和地面段[4]。 空间段由3-5颗多波束GEO卫星通过星际链路组成一个+/- 65°纬度带内的准全球覆盖卫星星座，每颗卫星均具备 收稿日期：2008-09-22。 作者简介：杨巧丽（1979-），女，工程师，博士生，主要研究方向为卫星通信抗干扰；陆锐敏（1963-），男，高级工程师，硕导，主要研究方向为卫星通信抗干扰；马刈非（1947-），男，教授，博导，主要研究方向为卫星通信网络。 158
光通信中的关键技术
光通信中的关键技术 光纤通信技术的出现是通信史上的一次重要革命。作为宽带传输解决方案的光纤通信从其诞生之日起，就受到人们的特别重视．并且一直保持着强劲的发展势头。特别是在20世纪90年代中期到末期的这段时间，无论是在技术方面还是在其相关产品方面，光通信都得到了飞速的发展，并确立了其在通信领域不可替代的核心地位。 当前，光通信技术正以超乎人们想像的速度发展。在过去的10年里，光传输速率提高了100倍，预计在未来1O年里还将提高100倍左右。IP业务持续的指数式增长，对光通信的发展带来了新的机遇和挑战：一方面，IP巨大的业务量和不对称性刺激了波分复用(WDM)技术的应用和迅猛发展；另一方面，IP业务与电路变换的差异也对基于电路交换的SDH(同步数字系列)提出了挑战。光通信本身也正处在深刻的变革之中，特别是“光网络”的兴起和发展，在光域上可进行复用、解复用、选路和交换，可以充分利用光纤的巨大带宽资源增加网络容量，实现各种业务的“透明”传输，所以光通信技术更是成了人们关注的焦点。本文将对光通信中的几种重要技术作一简要介绍和展望。 一、复用技术 1.时分复用技术(TDM) 复用技术是加大通信线路传输容量的好办法。数字通信利用时分复用技术，数字群系列先是PDH各群，后有SDH各群，由电的合路/分路器和合群/分群器(MUX/De-MUX)构成。电的TDM目前的最高数字应用速率为10Gbit/s。把这最高数字速率的数字群向光纤上的光载波直接调制，就成为光纤传输的最高数字速率。而光纤本身却有很大的潜在容量，所以说光纤受到电的最高速率的限制。实际上当传输速率由10Gbit/s提高到20Gbit/s左右时已接近半导体技术或微电子工艺的技术极限，即便开发出更高速率的TDM电子器件和线路，例如采用微真空光电子器件、原子级电子开关等技术，其开发和生产成本必然昂贵，造成传输设备、系统价格很高而不可取，更何况此时光纤色散和非线性的影响更加严重，造成传输困难。所以，尽管TDM的实验室速率已达40Gbit/s，但要在G.652 光纤上实现长距离传输绝不是近期能指望的事。相反地，如采用以10Gbit/s为基础速率的WDM系统，就可用4个波长实现40Gbit/s的高容量。这样不仅可解决中长期通信容量的需求，而且又不存在实质性的技术困难，能适应21世纪的通信发展。 2.波分复用技术(WDM) 20世纪80年代后期，国际上开始设想利用一根光纤同时传输多个光载波，并受数字信号的调制。如果这些光载波的波长相互间有足够的间隔，则每路的数字信号可同在一根光纤上传输而不会相互干扰，这就是光纤通信使用的波分复用技术。波分复用技术在本质上是对光的频分复用，只是因光载波用波长表达较为方便，所以常称为波分复用。如果一根光纤利用n路的WDM，每路带有10Gbit/s的数字信号，则光纤传输容量将为n×l0Gbit/s，这样就打破了电子瓶颈对传输速率的限制。由此可见，复用技术是扩容的一种优良方法。随着波分复用技术的成熟与应用，光纤的巨大潜在带宽资源得到了充分利用，因而使光纤通信成为支撑通信传输网络的主流技术。目前光纤的单波长传输速率已达到40Gbit/s，而进一步提高单波长传输速率将受到半导体技术的制约。但是，WDM技术作为光纤传输网络增容的主要技
卫星光通信
卫星光通信系统及其发展 摘要：卫星光通信光通信由于其保密性能高，传输容量大，已经被应用到空—空、空—地等需要海量数据传输的场景中。国外光通信发展已经达到了实用阶段。国内由于器件研发尚不成熟，目前空通信也是处在实验阶段。本文分析了国际上近几年的空间光通信发展动态。 关键词：卫星光通信 1引言 光通信是人们经过多年探索并于近几年取得突破性进展的新技术。而卫星光通信更是一种崭新的空间通信手段。利用人造地球卫星作为中继站转发激光信号，可以实现在多个航天器之间以及航天器与地球站之间的通信。其传输速率高、可利用频带宽、安全性（可靠性）高、保密性强、终端设备体积小、质量轻、功耗低等优点吸引着各国专家锲而不舍地探索。近几年，美国、欧空局各成员国、日本等国都对光通信技术极其重视，对卫星光通信系统所涉及的各项关键技术展开了全面深入的研究，目前在光通信领域已取得突破性进展，成功地实现了卫星—地面、卫星—卫星之间的光通信试验，预计最近几年就将进入实用化阶段。 我国已经开展了卫星光通信技术的研究，进行了卫星光通信系统的计算机模拟仿真分析以及初步的实验室模拟实验研究，目前正在进行卫星光通信关键技术的研究。随着卫星光通信技术的不断成熟，我国也将这种通信技术应用于未来各种卫星组网，以便实现它们相互配合协同工作。 随着卫星激光通信关键技术的突破和激光所具有的优势逐步体现，业界的专家达成一致意见：面对日益增长的高数据率和大通信容量的需求，必须用光通信来实现卫星通信。未来世界的通信体系将是一个天上卫星光网和地面光纤光网连接一起的空地激光通信体系，如图1所示。
图1 空地激光通信体系 1 国际卫星光通信发展现状 1.1 美国卫星光通信的发展 美国卫星光通信开展得较早，20世纪70年代即开始相关研究。但是由于美国初期的卫星光通信研究往往由政府或军方主导，保密性较高。随着欧洲和日本卫星光通信的成功，越来越多的商业公司开始进入卫星光通信市场，美国卫星光通信的研究也变得开放和兴盛起来。 美国进行卫星光通信的领导机构是美国宇航局(NASA)和美国空军军方，主要的科研单位是加州理工大学的喷气动力实验室和麻省理工学院的林肯实验室。许多大公司，如Thermo Trex公司、Ball Aerospace公司等也进行了很多研究工作。以下介绍几个比较有代表性的研究成果： (1)Thermo T rex公司的研究成果 Thermo Trex公司为美国军方进行光通信研究。他们建立空地激光链路的依据为：鉴于对流层大气的情况较为复杂，而平流层大气的情况较简单，可以利用在平流层中的飞机与卫星建立激光链路，将卫星下传的数据进行处理压缩后，再利用微波或激光发送到地面站，从而减小对流层大气对激光链路的影响。Thermo Trex公司研究成果中最特殊的一点就是首次将原子滤波器(FADOF)引入到跟瞄(APT)系统中，FADOF的带宽可以窄到0.01 nm，对本底光噪声有很强的抑制作用。实验表明，可以在大视场角(FOV)下取得较高的信噪比，从而实现对目标的快速捕捉和锁定。 (2)激光通信演示系统 激光通信演示系统(OCD)由NASA支持的喷气动力实验室研制，其研制目的是实现一个可用于星地通信工程模型的激光通信实验设备，是一个基于实验室的演示系统。OCD的设计集中了当时很多先进的技术，比如光束获取、高带宽的跟踪、精确光束瞄准和前馈补偿等技术。设备结构上包括：一个直径为10 cm的光学天线、一个用于空间获取的电荷耦合检测器(CCD)阵列、高带宽跟踪装置以及光纤耦合发生装置。设计通信数据率为250 Mb/s～1 Gb/s(近地实验时)，采用844 nm的通信波长和开关键控(OOK)方式进行快速数据调制。虽然OCD系统并没有进入实用化，但是其设计思路为后来很多喷气动力实验室的研究提供了借鉴。
全光通信及其关键技术的研究
全光通信及其关键技术的研究 全光通信是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而且其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（oxc）。在全光网络中，由于无需电信号的处理，所以允许存在不同的协议和编码，使信息传输具有透明性。它同SDH传送网一样，满足传送网通信模型，遵循—般传送网的组织原理、功能结构的建模和信息定义，采用了相似的描述方式。因此，很多SDH传送网的功能和体系构想都可以用于全光通信网。 1 技术背景 随着社会经济的发展，人们对信息的需求急剧增加，信息量呈指数增长，仅Internet用户需要传送的信息比特速率每年就增加8倍。通信业务需求的迅速增长对通信容量提出越来越高的要求。 光纤近30THz的巨大潜在带宽容量，使光纤通信成为支撑通信业务量增长最重要的技术。现阶段采用时分复用单波长的光纤传输系统容量已达10Gbit/s，再提高系统速率就会产生技术和经济上的问题。人们普遍认为波分复用是充分利用光纤低损耗区30THz带宽的一种可行技术，可以打破单个波长系统带宽的限制，是提高光纤容量的一种有效途径。 但是光纤传输系统速率的提高也带来了一个新的问题。在这种高速传输的网络中，如果网络节点处仍以电信号处理信息的速度进行交换，就会受到所谓“电子瓶颈”（10Gbps）的限制，节点将变得庞大而复杂，超高速传输所带来的经济效益将被昂贵的光/电和电/光转换费用所抵消。为了解决这一问题，人们提出了全光网AON（All Optical Network）的概念。 2 全光通信网系统概述与技术优势 全光通信网，又称宽带高速光联网，它以波长路由光交换技术和波分复用传输技术为基础，在光域上实现信息的高速传输和交换，数据信号从源节点到目的节点的整个传输过程中始终使用光信号，在各节点处无光/电、电/光转换。全光网，从原理上讲就是网中直到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式，即端到端的全光路，中间没有光电转换器。这样，网内光信号的流动就没有光电转换的障碍，信息传递过程无需面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。全光网的网络示意图如图2.1：
空间卫星光通信关键技术的分析探讨
通信技术 ? Communications Technology 42 ?电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 【关键词】空间卫星 光通信链路技术 方案 光通信能够有效突破低轨卫星与定点卫星间高码率通信瓶颈，但高频调制速率和大功率光源技术是目前空间卫星光通信链路中的关键技术和难点，为有效实现空间卫星间的光通信，应当提高光源的发射功率大和调制码速率，并采用灵敏度相对高接收机。 1 空间卫星光通信链路关键技术 捕获、对准与跟踪子系统、通信子系统以及辅助功能子系统是激光通信终端的重要组成部分。在建立空间激光卫星通信链路中，信号光束的发散角非常小，大约在10~20μrad 之本文间，故对准与跟踪技术是空间卫星光通信链路的关键技术，对准与跟踪技术的跟瞄精度直接影响着光通信系统的通信质量。距离远、码速率高以及误码率低是空间卫星之间的通信的主要特点，这也使得空间卫星光通信子系统对光通信光源的功率要求相对较高。加上受到对准与跟踪技术跟瞄精度限制以及系统对体积、质量和功耗的限制，信号光的波束宽度太小无法满足通信需要，同时接收天线增益的限制和光源功率需求的增加也是空间卫星通信链路的关键技术。 出于对光学系统的制造、装校产生的偏差、准直能力的约束以及最佳光束发散角的限制的考虑，实际光学系统仍然与理想衍射极限光学系统在性能方面存在一些差异。通过构建和分析光通信发射激光传输模型，可以将接收端机探测器上接收到的功率P d 用以下公式表示： P d =ηt ηr P t [D r /(θL)]2 其中，D r 表示接收天线孔径，P t 表示激光光源发射功率，θ表示发射光束发散角，L 表示卫星间的通信距离， ηt 表示发射天线效率，ηr 表示接收天线效率。由以上公式可以得出，接收功率P d 与激光发散角平方成反比，同时与激光发射功率成正比，并P d 也与接收天线孔径平方成正比。 LEO-GEO 的通信距离为 4.5×104km ，若 空间卫星光通信关键技术的分析探讨 文/何川 通信码速率为1Gb/s ，且通信误码率为10-7， 出于对卫星上质量和体积限制的考虑，为有效实现卫星间的通信应当选择孔径为250mm 的天线。当发射天线效率、接收天线效率、对准与跟踪指向偏差损失、链路储备以及接收机灵敏度分别为-3dB 、-7dB 、-2dB 、1dB 以及-40dBm 时，根据以上接收功率公式P d 可以算出，当发射光束发散角θ为10μrad 时，激光光源发射功率的需求应当达到5.9W ；当发射光束发散角θ为20μrad 时，激光光源发射功率的需求应当达到23W 。 在空间卫星通信过程中，采用减小光束发散角的方式能够可降低对光源发射功率的需求，然而衍射极限、光束准直能力以及对准与跟踪跟瞄精度等因素直接限制着光束发散角的减小，对此，高码率的大功率光源也是空间卫星光通信关键技术。 2 空间卫星光通信链路关键技术解决方案 卫星间激光通信的波长通常800nm 、1060nm 以及1550nm 三个波段中选择，由于卫星受到质量、体积以及功耗的限制，卫星间通信的激光光源通常会选择800nm 和1500nm 波段的半导体激光器。目前，对于1550nm 波段，由于光放大器技术日趋成熟为光功率的放大奠定了坚实基础，在对小功率输出的激光器进行调制时，可以采用调制高码速率方式实现；在对1Gb/s 的码速率进行调制时，可以通过直接调制的方式进行调制；对于更高码速率调制时，可以通过间接调制的方式实现。在完成调制后，再利用掺铒光纤放大器将调制得到的信号进行放大，以获得高码率、大功率的发射光源。对于800nm 波段的卫星间激光通信波长，目前相应的光放大器不完善，需采用大功率的激光器，结合直接调制和间接调制实现调制。然而，随着激光功率大，对调制带宽和调制深度提出了更高要求，同时也对调制电压需求提出了更高要求。与1500nm 的波段激光器相比，800nm 波段激光器在单纵模和单横模方面特性相对较差，对采用直接调制的方式进行调制，会产生较大的啁啾，对此，对于800nm 波段的调制最好采用间接调制方式。目前，由于受技术和设备的限制，难以获得高于1Gb/s 码速率高功率激光光源，可以采用波分复用技术来降低激光的调制速率。 当前，为更好地实现空间卫星光通信，仅单纯通过增加系统发射端的发射功率难以实现，可以采用提高接收机灵敏度的方式，将接收机灵敏度改善3dB 。然而，高接收灵敏度接 收机在设计方面和制造方面均存在较大难度，因此，在目前探测器灵敏度有限的情况下，提高接收机的灵敏度依然是采用空间卫星光通信链路的一些关键技术。 采用高灵敏度探测器能够有效提升接受灵敏度，但是探测器灵敏度是受技术水平和器件水平的限制。为了进一步提升接收端机灵敏度，可以采用光学窄带滤波技术降低背景光的影响，提升空间卫星光通信系统信噪比。同时，也可以采用对不同分光片参数和干涉滤光片进行科学设计来实现信道收发隔离度的提升。对于1550nm 波段接收灵敏度的提升，可以采用低噪声前置掺铒光纤放大器的方式实现。 3 结束语 在进行空间卫星之间的空间激光通信时，通信距离相对较远，码速率相对较高，同时通常还会受到光束发散角受衍射极限以及跟瞄精度的限制，使得空间卫星间的通信受到影响。对此，空间卫星通信系统应当具备较大的光源发射功率和较高的调制码速率，同时通信系统的接收机必须具备较高的灵敏度，并克服克服背景光的干扰，确保空间卫星间的通信质量。 参考文献 [1]郭永富,王虎妹.欧洲SILEX 计划及后 续空间激光通信技术发展[J].航天器工程,2013,22(2):88-93. [2]黄明,夏智勋,王林等.临近空间"空-空"激光通信链路传输特性分析[J].红外与激光工程,2009,38(4):660-664.[3]姜晓峰,赵尚弘,李勇军等.星地光通 信地面站空间分集技术研究[J].应用光学,2012,33(1):229-232,174. [4]娄岩,东纯毅,姜会林等.星地斜程大 气信道激光通信可通率研究[J].兵工学报,2011,32(11):1378-1383. [5]韩磊,赵尚弘,李勇军等.空间通信协议 及其在卫星光网络中的应用研究[J].光通信技术,2012,36(11):15-18. 作者简介 何川（1968-），男，四川省江油市人。大学本科学历。现为重庆电子工程职业学院通信工程学院讲师。主要研究方向为通信技术、电子技术。 作者单位 重庆电子工程职业学院通信工程学院 重庆市 401331
光通信中的重要技术及发展趋势
光通信中的重要技术及发展趋势 [摘要] 随着信息化社会的到来,通信技术也得到了日新月异的发展。在过去的几年中,人们对传输速率的要求越来越高,使用高速率数据传输的用户数量每年都在递增,而光通信技术在过去几年中也有了长足的发展,光纤通信凭借其传输高速率的数据,成为广域通信网的骨干网络,如今在广域通信网中绝大部分是通过光纤传输的。本文主要讨论在光通信中的主要技术以及未来光通信的几个发展趋势。 [关键词] 光通信光接入光交换全光网无线光通信 随着用户对接入带宽要求的日益增加以及三网融合后对数字高清信号的传送,对运营商接入侧及骨干核心传输有了更高的要求,而光通信在其中起了举足轻重的作用,光通信技术的发展决定了电信业的未来方向,近几年,不论在接入层以及核心层,光通信技术都有了长足的发展。 1.在接入层: 1.1无源光网络(PON) 无源光网络主要用于解决宽带最终用户接入终端局的问题,由于这种接入技术使得接入网的局端(OLT)与用户(ONU)之间只需光纤、光分路器等光无源器件,不需租用机房和配备电源,因此被称为无源光网络。无源光网络以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为热门技术。目前已经逐步商用化的无源光网络主要有TDM-PON(APON、EPON、GPON)和WDM-PON。 无论是核心网、传输网还是接入网,其发展的首要因素就是业务,是终端用户的需求。从业务发展现状来看,高带宽的消耗业务逐步涌现,带宽提速成为迫切需求,而PON以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为宽带接入的热点,它在提供业务组合的同时,实现了高可靠性和高性能,已经成为了下一代光接入网的发展方向。 1.2无线光通信技术 从光纤骨干网到用户之间的”最后一英里”,如果铺设光缆,不仅花费大而且耗时;许多无线通信技术可以解决”最后一英里”的问题,但是这些技术需要向无线电管理委员会申请频率执照,不仅要使用户支付大量的频率占用费,而且申请也要花费数月的时间。无线光通信因为无需频率申请,机型小方便架设,能够简单的解决最后一英里的问题,为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案。 无线光通信系统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,就可以进行通信。一个无线光通信系统包括三个基本部分:发射机、信道和接收机。在点对点传输的
低轨卫星星载通信信号处理关键技术研究
低轨卫星星载通信信号处理关键技术研究卫星技术的发展推动了低轨卫星星群化和网络化程度的不断加深。通过星间链路构成的低轨卫星网络可以为全球数据传输和多种业务应用提供支持，长期以来一直受到各国军事和科研部门的关注。 应用需求和承担角色的转变对低轨卫星通信体制与技术提出了一系列挑战。就通信信号处理的角度而言，这些挑战主要包括提高捕获精度、降低星上信号处理开销、提高功率利用率等。 本文以具有星间链路与星上处理能力的低轨卫星系统为背景，以解决低轨卫星星载通信信号处理面临的挑战为目标，围绕上述三方面问题开展工作，对直扩信号高精度捕获技术、稀疏简化时频处理技术、最紧致高阶调制技术进行研究。本文的主要工作和创新性成果如下：提出基于频域重排实现并行高精度捕获的高精度频域重排捕获技术，通过引入相频特性将二维估计转化为一维估计问题从而实现并行捕获。 与传统捕获方法基于信号幅频特性通过能量检测实现捕获的思路不同，高精度频域重排捕获算法充分利用了信号的相频特性。在频域重排捕获算法中，相频特性与幅频特性各自表征一个参量且二者间存在约束关系，因此二维估计问题被转化为一维估计问题，可以通过一次运算同时得到时频估计结果。 引入相频特性使频域重排捕获算法在不降低捕获时效性的基础上获得精度上的改善。文中对影响算法性能的因素和算法的抗噪声性能进行了分析，推导了信噪比门限的非紧致理论界，并对捕获精度进行了仿真。 结果表明，该算法的码相位估计精度和频率估计精度比传统算法分别改善了50%和60%以上。提出基于频域解耦改善算法抗噪声性能的频域重排联合解耦捕
获算法，通过固化幅频特性对相频特性谱的影响减少时频估计受到的限制。 在高精度频域重排捕获算法中，时频二维估计过程在流程上的耦合效应对算法抗噪声性能产生了影响。通过引入联合解耦处理，算法在保持幅频和相频特性各自反映的参量特征不变的基础上，使得二者的处理流程不相关化，减少了对码相位偏移和剩余频率估计过程的限制，从而改善了整体的抗噪声性能。 通过联合解耦处理获得的抗噪声性能的改善不以降低捕获算法的时效性为代价。文中分析了算法的抗噪声性能，推导了信噪比门限的非紧致理论界。 结果表明，频域重排联合解耦捕获算法的信噪比门限比频域重排捕获算法改善了约6dB。提出定位优化的稀疏傅里叶变换算法，充分利用直扩信号的“限带稀疏”特性来降低稀疏处理流程的运算复杂度。 传统稀疏傅里叶变换方法的稀疏处理过程本质上是解欠定方程的问题，必须采用“压缩、解算、选择”的处理流程。与传统方法不同，文中提出的定位优化稀疏傅里叶变换方法充分利用直扩信号优异的“限带稀疏”特性来防止有效谱峰的碰撞。 这使得稀疏处理过程转化为解结果具有一定波动的常规方程的问题，因而可以采用“压缩、预选、解算”的处理流程来降低整体复杂度，且不以最终估计结果的精确性为代价。文中对定位优化的稀疏傅里叶变换算法性能进行了分析，并将其引入前文所述捕获算法中。 结果表明，定位优化的稀疏傅里叶变换算法的复杂度比原稀疏傅里叶变换算法降低约50%；基于定位优化的稀疏傅里叶变换的频域重排捕获算法以及频域重排联合解耦捕获算法的复杂度比传统捕获算法分别降低了约96%和90%。建立最紧致高阶调制方式通用数学模型，基于分类和递推的方法求得抗噪声性能的通用
卫星通信关键技术研究讲解学习
卫星通信关键技术研 究
卫星通信关键技术研究 小组成员：冉文，李鹏翔，杨亚飞 小组分工： 冉文（学号：15085208210015）：程序审查，论文校订 李鹏翔（学号：15085208210008）：收集资料，编辑文献，结果分析杨亚飞（学号：15085208210023）：仿真程序设计 专业：电子与通信工程
引言 卫星通信系统具有覆盖范围广、受地理环境因素影响小等特点,从而使得卫星通信成为当前通信领域中迅速发展的研宄方向和现代信息交换强有力的手段之一。目前,下一代卫星通信网络正朝着更高速率、更大带宽的方向发展,其与地面通信网络联合组成全球无缝覆盖的信息交换网络。随着空间通信技术的飞速发展和业务需求的急速增长,有限的无线资源与多媒体业务不断提高的QoS要求之间的矛盾曰益尖锐,使得设计可以支持高速、高质量多媒体传输的资源管理策略成为当前空间通信领域关注的重点。同时,卫星组网技术直接关系到卫星网络能否实现全球覆盖以及卫星网络的可扩展性问题,是卫星通信系统研宂中的关键问题。相应的,路由协议、链路切换等都要针对卫星网络的特点重新设计,以星上路由交换为核心的新型卫星通信系统是空间通信领域的另一个研究重点。 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz～300GHz，即波段lm～1min)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站，因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。卫星通信是空间通信的一种形式，它主要包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大领域。由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点。多年来，它在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用。下面我们就从卫星通信的发展简史、现状、趋势等方面对卫星通信进行概括和综述。
通信工程毕业论文小卫星通信系统关键技术论文
小卫星通信系统关键技术论文 小卫星通信系统具有研发费用少，重量轻，性能稳定， 信号覆盖范围广以及不受地域条件限制等优点，能够对当前大型 同步轨道的卫星通信进行补充作用，在全球范围内得到广泛应用 的同时也受到了众多研究机构的重视，因此对小卫星通信系统的 技术进行研究同时具有实践意义和理论意义。 卫星通信技术在军事、政治、工业、生活等方面均具发 挥着重要作用，而相比之下，小卫星则更具有大型同步卫星所无 法实现的众多优势而受到国内外研究学者的重视，同时，卫星向 小型化趋势发展也是全球卫星产业的主要发展方向。我国从本世 纪初期开始着手小卫星的相关研制和发射工作。 1 小卫星的技术优势 1.1 荷载较少 小卫星在每次的的任务中一般仅需要装载一种特殊设备，进而很好地避免了大型卫星中出现的荷载间复杂配比问题。 1.2 研制时间短、费用低 小卫星的研制一般只需经过一到两年，同时相关的研究 经费也相比大型卫星明显降低，因此更具有经济性，更体现其实 践意义。 1.3 重量轻 小卫星的重量一般较小，就当前国际情况来看，最微型 的小卫星的质量仅有几百克，体积也很小，因此功能密度大，模 块可多次利用。
1.4 信号覆盖范围广 由于小卫星具有较强的组网能力，因此能够形成精度较高，功能强大而且信号覆盖范围广的星座系统，进而具有易于补网和星座功能稳定的优势。 1.5 减缓频率压力 小卫星的星座中包括多颗卫星，可以频率复用，因此具有减小空间任务所具有的频率压力。 2 小卫星通信系统主要技术简介 卫星在通信中起着中转作用，即将地球站传送来的信号经过变频和放大转送到另一端的地球站，地球站是卫星与地面信息系统的链接点，用户通过地球站途径进入卫星通信系统中，形成链接的电路信号链;为了确保系统的运行正常，卫星通信系统必须和地面的监测管理系统和测控系统想链接，测控系统能够对通信卫星运行的轨道进行检测和控制，以保证地面检测系统能够对卫星所传送的通信信息进行有效的监控，保证系统安全与稳定的运行。 小卫星通信的关键技术主要有通信系统的链路预算以及接收机参数估计技术和同步技术等，其中链路预算技术是设计小卫星通信系统的主要计算方法和参考依据，精确的链路预算能够确保通信系统的稳定运行。近年来，通信系统接收技术和相应的算法逐渐由信号模拟技术向数字化转变;由于卫星通信整体码速率有所提升因此对接收机的信息处理速度以及算法的复杂度、同步速度和稳定性也提出了更高的要求;信息传输量的大幅增加使得遥测领域中逐渐采用比特传输速率更高的调制方式;由于卫星通信系统在数字通信过程中的发射机和接收机的晶振不同，以及移动平台引起的多普勒效应，造成发射机和接收机之问会产生相位和频
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 —