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。
(3)国际轨道空间站光通信研究
喷气动力实验室利用OCD系统成熟的研究技术，为国际轨道空间站(ISS)工程研究和技术发展计划(ISSERT)研制了光通信演示和高速率链路设备(OCDHRLF)[5]。该系统的目的是在近地轨道(LEO)距离上实现ISS与地面光学望远镜的激光通信链路。其设计通信数据率为2.5 Gb/s。空间站和地面的光学终端直径分别为10 cm和100 cm。其中ISS上使用的通信波长是可以与地面光纤通信技术接轨的1 550 nm波长(不同于OCD)，信标光使用980 nm波长。
(4)STRV-2实验
20世纪80年代末90年代初，美国弹道导弹防御组织(BMDO)开始支持空间技术研究卫星2(STRV-2)研究。该研究目的在于演示LEO卫星TSX-5与地面站间的上行和下行激光通信，验证卫星与地面间的每秒吉比特速率通信是否可行。STRV-2的设计采用直接调制半导体激光发射和雪崩光电二极管接收。跟瞄装置采用二极管激光(852 nm波长)作为信标光，CCD成像器接收，铯原子线滤波器做本底光抑制。整个通信终端包括电子设备重14.5 kg，设计通信链路长度最大为2 000 km。
STRV-2实验系统采用了极化复用通信技术来提高通信速率，其设计通信速率为卫星到地面500 Mb/s×2和地面到卫星155 Mb/s×2。在天线设计上，发射端和接收端相互分离，TSX-5卫星上终端天线直径为1.6 cm(发射)和13.7 cm(接收)，地面站上天线直径为30.5 cm(发射)和40.6 cm(接收)。同时为了减轻大气闪烁的作用，STRV-2系统采用了多个发射孔径，其中星上终端4路，地面终端12路。
TSX-5卫星于2000年6月7日发射升空，但是由于其A TP系统采用的是开环获取，即根据已有的星历表等轨道参数来进行跟瞄，而系统设计所依据的星历表与实际情况有误，所以卫星上光通信终端无法捕获到地面光通信终端发射的信号，使得STRV-2星地激光链路实验宣告失败。
(5)同步轨道轻量技术实验
2001年5月18日，美国军事侦察局(NRO)的同步轨道轻量技术实验(GEOLITE)卫星成功发射进入轨道。GEOLITE上携带了一个实验用的激光通信端机和一个工程用的超高频(UHF)通信设备，以进行激光通信试验和宽带通信试验。麻省理工学院的林肯实验室负责激光通信端机的设计。NRO对外宣布本次卫星实验非常成功，实现了激光通信链路，但未见进一步的详细报道。
(6)火星激光通信演示系统
NASA还进行了火星激光通信演示系统(MLCD)研究。该系统由NASA、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联合研制，目标是建立火星与地球行星距离的激光通信。设计的通信数据率为1～100 Mb/s，这是以前微波射频深空通信所无法比拟的。星上终端采用直径30.5 cm的天线，CCD成像接收，发射采用由半导体激光振荡器和掺铒光纤放大器(EDFA)组合而成的主振荡器功率放大器(MOPA)结构提高发射功率，采用脉冲相位调制(PPM)。地面终端采用1 m光学天线，4路多光束发射(另一种方案是6路直径30 cm光学天线多光束发射)。整个链路的通信波长采用1 060 nm可结合光纤技术的激光波长。
1.2 日本卫星光通信发展现状
日本开始进行星地光通信研究的时间较美国要晚一些，但是他们的研究发展迅速，并于1995年与美国喷气动力实验室一起实现了世界上首次星地光通信链路，从而证明了星地光通信是可行的。日本卫星光通信的主要研究机构是邮电省的通信研究实验室(CRL)和日本宇宙开发事业团(NASDA)。日本电气公司(NEC)和东芝公司(Toshiba)也担负了一部分通信设备的研究。
CRL是日本进行星地光通信研究的领导机构，他们制订了详细的计划，集中了很多人
力、物力进行研究，研究分3步实行：
第一步采用0.8 μm波长的中等速率的通信系统(300 Mb/s×4)和1.5 μm的高速率通信系统(1.2 Gb/s×2)，已于2002年完成。
第二步将中等速率的通信系统进入实用化。同时研究0.8 μm波长的中等速率的通信系统(1.2 Gb/s×4)和1.5 μm波攻的高速率通信系统(10 Gb/s×2)，计划2006年内完成。
第三步将高速率通信系统实用化。
目前日本星地光通信方面有激光通信实验(LCE)和激光通信实验装置(LCDE)两个比较有代表性的研究。
(1)激光通信实验
日本的工程测试卫星6号(ETS-VI)上所搭载的LCE装置实现了世界上首次的星地激光链路。工程测试卫星6号于1994年8月发射升空，由于推进火箭故障，没有进入预定的地球同步轨道(GEO)，缩短了生命周期。但通过CRL和美国喷气动力实验室的合作，采用了新的硬件和软件方法基本完成了全部测试。成果如下：
成功地实现了捕获和跟踪。在1994年12月和1996年7月期间实现了多次激光链路通信。
全双工通信。ETS-VI和地面站之间采用强度调制、直接探测技术实现了上行(510 nm波长氩离子激光)和下行(830 nm波长，13.5 mW砷化铝镓激光)链路。传输数据率为1.024 Mb/s，通信距离大于40 000 km。卫星上收发天线直径7.5 cm，地面接收天线直径1.5 m，发射天线直径20 cm。
测量了上行和下行链路光束的传播特性。
对光学器件在太空环境中的性能进行了测试。实验中还发现，由于卫星上跟瞄采用机械装置，其平台的振动对跟瞄质量有较大影响，采用闭环方式较开环方式能更好地抑制振动的影响。
(2)激光通信演示实验
日本在第一个永久性载人国际空间站上设置了名为“希望号”的可装卸式实验舱——JEM，在该舱外的实验平台上搭载了LCDE，用于与地面和其他卫星进行超高速光通信实验。主要参数如表1所示：
1.3 欧洲卫星光通信的发展
欧空局在空间光通信研究中不断采用当代最新技术,它所发展的一系列空间光通信终端
形象地展示了高新技术的发展对其影响。在SIL EX 终端中,采用800nm 左右的GaAlAs 半导体激光器。80 年代末,这种半导体激光器平均功率60mW ,它限制了SIL EX 终端数据率的提高,在L EO 和GEO 终端光学望远镜孔径都是25cm 的条件下,SIL EX 终端从L EO 向GEO传输数据率为50Mbps ,且SIL EX 终端的质量是157kg ,功耗为150W ,这样的SIL EX 终端很难替代RF 终端。
随着技术的不断进展,欧空局开始发展第二代空间光通信系统。ESA于1992 年1 月开展研制精巧的小光学用户终端(SOU T) 计划[8 ] 。SOU T 计划不再采用相同的L EO 与GEO 终端,而是采用较小的L EO 发射机来集中发展一种不对称的系统,以减少对空间飞行器的限制。由于SOU T 终端采用发射功率达1W 的、具有与SIL EX 终端相同波长的半导体激光器,在发射天线直径为7cm 时,数据率可达到420Mbps ,同时,功耗降为40W ,质量仅为25kg。SOU T计划在1994 年12 月顺利完成。
继SOU T 计划后,1995 年ESA开始进行改进SOU T 终端的ARTES24 合作计划。该计划研究由SOU T 终端向新型终端———SOTT 终端转变所需全部技术。由于采用新型的MOPA(主振荡能量放大) 半导体激光器而使通信容量大增。目前,SOTT 计划正向着数据率1Gbps和星间距离达到83000km 的GEO2GEO 链路(如在the Hughes Spaceway 系统中那样) 发展。
ESA近年发展了一种引人注目的甚小光学用户终端VSOU T[8 ] 。该终端采用衍射光学元件替代以往的透镜组,并采用可以对热膨胀效应进行补偿的玻璃外壳,同时应用先进的微系统设计原理,从而一举使终端质量降到只有10kg ,功耗只有20W。而在发射天线直径为7cm 时,数据率增到520 Mbps ;即使发射天线直径缩至2. 5cm ,数据率仍可达到66 Mbps。
2 中国星地光通信发展现状
中国卫星光通信的研究相对国际发达国家起步晚，初期主要是器件等条件并不具备。20世纪90年代以来，随着中国激光通信器件的进步和对外开放度的增加，中国的许多科研单位都开始了对于卫星激光通信的研究，在一些领域里取得了突破性的进展。在各大科研单位中，卫星光通信特别是星地光通信开展较好的有北京大学、成都电子科技大学和哈尔滨工业大学等。
2.1 北京大学电子学系研究情况
从20世纪80年代末到90年代初，北京大学电子学系就开始了对于星地光通信的研究。目前，北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室正在开拓两个方面的研究：光相控阵和新型星地通信方式。
20世纪90年代初，北京大学在中国首次研制出了原子滤波器(FADOF和V ADOF)，并将其使用在卫星光通信的跟瞄技术上，从而取得了重大突破。北京大学利用原子滤波器的超窄带性在大视场角情况下获得了较大的信噪比，同时原子滤波器的多峰和可调谐性也能够很好地克服卫星移动所产生的多普勒效应。北京大学还在光通信的接收方面有所进展，采用了多量子阱器件实现了自差拍接收，同时采用Turbo码+信道交织的编码方式提高了接收信噪比。
光学相控阵(即采用相控阵列光学天线来实现光束的高速偏转)由于具有精度高、没有惯性、响应速度快等特点，成为目前国际上一个热门研究领域，在星地光通信中它可以作为信标光光束瞄准的新方案。北京大学在这方面的研究也有一定的进展[17]。星地光通信方式的目的是在提高通信速率的同时降低误码率，目前北京大学正在开发采用一发多收和高空中继平台的通信方案，从波长、信道、系统等多方面研究最佳光信号检测方式和信号处理技术。
2.2 其他单位研究情况
电子科技大学物理电子学院的激光通信实验室从20世纪90年代开始进行卫星光通信
的研究，主要研究方向是：大气信道对空地光通信的影响及相应解决方案、APT技术与系统设计、调制/解调和光学编码方案、背景光抑制、光学天线设计、卫星激光通信系统实验仿真等。研究成果某些方面已接近国际水平。
哈尔滨工业大学可调谐激光实验室从20世纪90年代初开始卫星光通信的研究，分别在卫星APT技术和扫描方案、卫星振动对误码率的影响和消除方案、恒星背景噪声抑制、卫星激光通信系统设计方面取得了一定的进展。主要发展重点是建立卫星间激光链路，目前已进入工程化实用阶段。2005年开始，他们对于月地之间激光链路的建立的可行性进行了一定的探索。
武汉大学激光通信实验室、中国科学院上海光学精密机械研究所等科研单位也对卫星间光通信进行了一些探索性研究。
3 空间光通信发展展望
近年来的商业需求和空间信息公路、信息高速公路的发展,对卫星间激光链路技术要求更加迫切,这些已经作为美国、欧洲、日本等国发展该方面技术的动力,并正向商业应用转化。现在空间光通信系统发展的趋势主要是: (1) 空间光通信系统的应用正在向低轨道小卫
星星座星间激光链路发展; (2) 激光星间链路用户终端向小型化、一体化方向发展; (3) 低轨道小卫星星座激光链路正进入商业化、实用化发展阶段。
在空间光通信研究的前期,主要是以中继星为应用背景。然而,随着小卫星星座的迅猛发展,国外对第二代中继星的兴趣已经下降,对小卫星星座的兴趣大大增加。空间光通信研究工作,已经开始逐渐从以中继星为主要背景转到以小卫星星座为应用背景上。可以预见,研究重点将会逐渐转移到小卫星星座星间激光链路的研究上。基于此点,对小卫星星座星间激光链路的研究工作将在空间光通信的研究中占有重要地位。
结束语
对卫星光通信技术的研究在美、欧、日等国已开展了近20年,但是前些年由于受到元器件技术的限制发展较慢。进入90年代,随着元器件技术的成熟和发展而进入商业化发展阶段.。特别是小卫星星座的迅猛发展,使得对小卫星星座的星间光通信更加重视。利用小卫星星间光通信实现全球个人移动通信,已不是遥远的事情了.
我国虽然在此方面的研究工作开展较晚。但由于卫星光通信的元器件及技术已成熟,同时又有国外经验借鉴,如抓紧机会，定会在较短时间内赶上世界发达国家研究水平.。因此,我国应该尽快投入人力、物力,全面开展卫星光通信的研究工作。只有这样,我国才能在将来的全球卫星商业通信中处于领先地位。
参考文献
1）欧洲卫星间光通信发展现状：刘华、胡渝电子科技大学应用物理所，成都，610054 2）国际卫星光通信技术发展：谭立英、马晶、林维秋哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，哈尔滨，150001
3）卫星激光通信技术发展现状及未来前景展望：王晓海中国航天2004年第6期
4）卫星光通信系统及其发展：谭立英、马晶哈尔滨工业大学哈尔滨150001 ；黄波总装备部北京
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。
什么是光通信技术
什么是光通信技术 光通信是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，它具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。 光波按其波长长短，依次可分为红外线光、可见光和紫外线光。红外线光和紫外线光属不可见光，它们同可见光一样都可用来传输信息。光通信按光源特性可分为激光通信和非激光通信；按传输媒介的不同，可分为有线光通信和无线光通信（也叫大气光通信）。常用的光通信有： 大气激光通信。信息以激光束为载波，沿大气传播。它不需要敷设线路，设备较轻，便于机动，保密性好，传输信息量大，可传输声音、数据、图像等信息。大气激光通信易受气候和外界环境的影响，一般用作河湖山谷、沙漠地区及海岛间的视距通信。 光纤通信。是一种有线通信，光波沿光导纤维传输。光源可以是激光器（又称半导体激光二极管），也可以是发光二极管。光纤通信传输衰减小、容量大、不受外界干扰、保密性好，可用于大容量国防干线通信和野战通信等。 蓝绿光通信。是一种使用波长介于蓝光与绿光之间的激光，在海水中传输信息的通信方式，是目前较好的一种水下通信手段。 红外线通信。是利用红外线（波长300 ～0.76 微米）传输信息的通信方式。可传输语言、文字、数据、图像等信息，适用于沿海岛屿间、近距离遥控、飞行器内部通信等。其通信容量大、保密性强、抗电磁干扰性能好，设备结构简单，体积小、重量轻、价格低。但在大气信道中传输时易受气候影响。 紫外线通信。是利用紫外线（波长0.39 ～60 × 10 微米）传输信息的通信方式。其基本原理与红外线通信相似，与红外线通信同属非激光通信。 因为激光是一种方向性极强的相干光，沿光纤传输是目前最理想的恒参信道。从发展的观点看，激光通信特别是光纤通信将被广泛采用。mvt_lotte发表于2009-4-29 09:55:00
浅谈可见光通信及其应用
浅谈可见光通信及其应用 如今，无线通信技术已经非常发达，我们已经能够轻松地在生活中的任何地方任何时间通过无线网络接入互联网。随着网络频段资源的枯竭，以及网络干扰，网络泄密问题的日益严峻，能克服上述问题新的网络通信技术应运而生，其中最有发展前景的当属可见光通信技术。 可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的一种传输技术。将高速因特网的装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。与目前使用的无线局域网相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传数据。该系统还具有安全性高的特点：用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外。另外，可见光通信建立在照明灯的基础上，不需要额外供电系统，同时减少电磁辐射对人的影响。可见，在家庭应用领域，可见光通信相比现在的无线电波是有很大优势的。 可见光通信还将在一些对电磁信号敏感的领域发挥重要作用。例如，飞机上的通讯需求将可得到满足。目前无线终端发出的射频信号会对飞机的导航和通讯系统造成干扰，容易影响飞行安全，所以飞机上乘客的通信愿望是要被限制的，但是有了可见光通信，只需在飞机上加装一个中央控制器，将接收到的卫星信号输送到乘客座位上的LED阅读灯上，此时的LED阅读灯作为一个网络接入点，接收并发射信息，放置在其下方的笔记本电脑就能接入互联网；再比如医院，高频电磁波类型的无线通信干扰可能会对某些仪器造成损害，特别是在手术中，那
可见光通信系统研究
可见光通信系统研究 摘要 目前室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光LED。白光LED在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入。目前，商品化的大功率白光LED功率已经达到5W，发光效率也已经达到90lm/W，其发光效率（流明效率）已经超过白炽灯，接近荧光灯。白光LED的光效超过100lm/W并达到200lm/W（可以完全取代现有的照明设备）在不久的将来即可实现。因而LED照明光通信技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。论文主要对基于白光LED的室内可见光通信系统进行了研究。 本文在对白光LED用作通信光源时的伏安特性、光谱特性和调制特性等物理特性做深入分析的基础上，重点研究了白光LED照明光源通信系统的组成结构和系统设计，并设计出了白光LED调制和发射电路。给出了一种求LED照明灯室内布局的方法，仿真结果表明，该方法可以较好地解决可见光通信系统的室内LED照明灯的最优布局问题。采用直射式链路形式和光强度调制一直接检测技术，可以实现对白光LED的高速调制，并设计出了用于接收可见光信号和信号解调的光接收电路，完成了白光LED的可见光通信收发实验并给出了实验结果。 绪论 VLC VLC是一种在白光LED技术上发展起来的新兴的无线光通信技术。白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，特别是其响应灵敏度非常高，因此可以用来进行超高速数据通信。与传统的射频通信和FSO相比，VLC具有发射功率高、无电磁干扰、节约能源等优点，在VLC系统中，白光LED具有通信与照明的双重作用，这是因为白光LED的亮度很高，且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁，因而VLC技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。 与FSO和射频通信相比，VLC主要有一下几个优点： 1 可见光对人体相对安全，无伤害。Vlc系统主要使用室内LED照明灯来传送数据，对人体辐射小。 2 VLC无处不在。几乎生活中的每一处都有照明灯，因此用于通信的照明灯可以安装在任何地方，可以比较方便的传输无线数据。 3 发射功率较高。相比于红外通信，由于红外通信对人的眼睛损伤较大，发射功率需要压制到相当低，系统的性能因此将受到严重的限制。而对于射频通信，其射频信号对人体的损伤又比较大，也需要限制其
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。
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
可见光通信
兰州交通大学本科生课程设计 中文题目:可见光通信技术的应用 英文题目: The Application of The VLC Technology 课程：现代传输技术 学院：电信学院 专业：通信工程 班级：通信1302班 组长：XXX 组员：XXX XXXXXX 指导教师：高丽 完成日期： 2016年7月 7 日 成绩：
目录 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 可见光(VLC)通信技术概述 (2) 1.1 VLC的研究背景 (2) 1.2 VLC的简介 (2) 1.3 VLC的发展现状 (2) 1.4 VLC的特点 (4) 2.传输原理 (5) 2.1概述 (5) 2.2组成 (5) 2.3 信号调制 (5) 2.4 信号解调 (6) 2.5关键技术研究 (7) 2.5.1光源 (7) 2.5.2光源布局 (7) 2.6最佳LED灯个数 (7) 2.7接收机FOV的选择 (8) 2.8不同光路径引起的ISI (8) 3可见光通信应用 (9) 3.1创新应用 (9) 3.2存在问题 (9) 3.3 VCL的基本应用 (10) 3.3.1室内（Indoor）应用 (10) 3.3.2室外（Outdoor）应用 (11) 3.4可见光的应用延伸 (12) 3.4.1实现室内定位导航 (12) 3.4.2 灯光无线 (14) 3.4.3结束乘飞机无通信时代 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16)
摘要 用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术是当前国外光无线通信领域的研究热点之一，是一项有发展前景的新兴技术。这也将可见光通信技术带到了众人的面前。可见光通信技术是一种新兴的无线光通信技术,随着白光LED的发明及应用,可见光通信技术得到了良好的发展。白光LED不仅可以提供室内照明,而且可以应用到无线光通信系统中满足室内个人网络需求。在照明方面,白光LED的节能、环保等特点被认为终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源,成为下一代固体照明光源。与此同时,白光LED又具有响应时间短,加之其具有高速调制特性,可以设计出基于白光LED的室内可见光无线通信系统。由此设计出的基于白光LED的室内可见光无线通信系统,与传统的红外和无线电通信相比,具有发射功率高、无电磁干扰和无需申请频谱资源等优点。文章详细介绍了可见光通信技术在国内外的研究现状，分析了其关键技术，阐述了其巨大的优点以及应用领域上的发展趋势。 关键词：可见光通信、技术优势、发展历史、关键技术、应用展望 Abstract It is one of hot spots of optical wireless communication research field in abroad that using whiteLED light source as base station to transmit information through wireless mode currentl y, which is an promisingnew technology. This trend brings the visible light communication int o our attention. Visible light communication technology is an emerging wireless optical communication technology. The visible light communication technology has a good development with the invention and application of LED white light. White LED can not only provide indoor lighting, but also can be applied to wireless optical communication system network to meet the individual needs of the indoor. In the lighting, white LED has energy-saving, environmental protection and other features, that fluorescent, incandescent,In this paper I introduce the current situation of visible light communication by white LEDs at home and abroad in detail, analyze the key techniques and clarify the advantag es and development trend of thesystem. Key Words:visible light communication, advantages, key technologies, developing history, dev elopments
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
可见光通信研究现状
可见光通信技术研究现状介绍 作为一种新兴的通信技术，LED可见光通信提出的历史不算久远，早在2000年以前，就有研究人员提出利用LED发出的光来进行通信的设想，并付诸实验，实现了一些简单的通信系统[1-6]。在这些设想中，最具代表性的是香港大学的Grantham Pang于1999年提出的实现方案，他们的实验小组搭建并演示了基于可见光LED的音频信号传输系统[3]。这些设想方案提出时，LED照明技术还没有受到重视，对LED可见光通信的关键技术也没有进行深入研究，其影响力有限。 2000年，日本Keio大学M. Nakagawa教授领导的研究团队提出了一种利用白光LED实现室内可见光接入的方案，并针对室内可见光通信信道进行建模仿真和分析计算，实现了10Mbps的室内可见光通信接入方案[8]，正是这一成果被视为可见光通信领域具有影响力的开创性研究，之后，可见光通信技术开始受到世界各地研究人员的重视。 1 国外研究现状 1.1 日本方面 日本方面，在庆应义塾大学(KeioUniversity)的M. Nakagawa研究团队提出LED可见光通信的接入方案后，这种技术在日本国内非常受重视。先后有名古屋大学(Nagoya Univesity)、东京理科大学(Tokyo University of Science)、长冈技术科学大学(Nagaoka University of Technology)、日本电信电话(NTT Cooperation)的科研团队参与研究。在可见光通信的各类应用方面，日本的研究人员做了大量的工作，从局域网高速互连、LED显示器数据下载、智能交通系统、智能灯塔到测量等种类繁多。 2001年，庆应义塾大学的研究人员首先研究了利用交通灯进行可见光通信，并对系统的调制方式、所需的信噪比以及通信速率等特性[9]进行了分析。同年，他们研究了OOK调制技术和OFDM技术在室内可见光通信的应用。研究结果表明：OOK调制方式在较低速率下（如100Mbps以下）非常有效，而在高速率情况下，选择OFDM调制方式性能更佳[10]。之后，他们又进一步提出在道路照明系统中加入可见光通信功能，以减少交通事故的发生，通过用符合照明要求的LED进行实验获得成功[11]。2004年，M. Nakagawa研究团队对LED室内可见光通信系统的可行性进一步分析，对光源进行建模，仿真了在多盏灯照射下室内光照分布、信道冲激响应，并对有无反射情况下的室内信噪比分布、符号间干扰等参数进行了研究。在此基础上，他们还研究了接收端FOV(Field of View)视场角大小对系统速率的影响，并得到结论：当接收端视场角足够小时，可见光通信的
可见光通信报告
可见光通信报告 —陈晨1.概述 可见光通信（VLC）是将可见光用于短距离（5m以内）的光无线（OW）通信系统。若干种光源，如LED/LD可作为光源。数据能够通过光通/断切换得足够快，以致于闪烁使人眼无法分辨来发送。 VLC具有如下优点：对人安全；避免了射频的限制；出于安全考虑，有些地方禁止使用射频通信，如医院和飞机；与相邻射频信号之间的互相干扰可能会限制Wi-Fi的使用，而可见光基本上不存在干扰问题，相邻光束可以交叉通过，只要它们的目的地不同就可以了。 2.结构 VLC结构由两个部分组成，一个是VLC发送部分，另一个是VLC接收部分。发送部分能使用任一类LED光照明。VLC发送部分必须具有用于照明和传输性能的PHY/MAC功能。VLC接收部分能支持任一类能避免其它光干涉的光二极管（PD）。两者的公共部分是VLC PHY和MAC。VLC PHY具有用于一种无线通信的一种调制和线路编码。VLC MAC必须支持不同的应用。
3.规范 两个与相关眼和皮肤安全规范的问题：可见光闪烁和可见光强度。 VLC的PHY调制能使光闪烁。光闪烁可能对人/动物产生有害健康的影响。光闪烁是一种视觉不稳定的印象，这种印象由一个光亮度或光谱分布随时间变动的光刺激而产生。临界闪烁频率（CFF，即闪烁融合门限）是一个观察者由间歇光感觉到完全稳定感觉的频率。 要求：甚至即便是低比特率或成组数据传输时，VLC调制频率必须高于CFF 门限： 》1 /最小闪烁频率是200HZ（=5ms） 》每个最大闪烁时间周期（MFTP）的亮度必须全部相等。 4.发送光角 光轴被设定为包含光口设备的接口：发送器：扩张角；接收器：视场。
特种光纤及光通信技术
３８２上海大学学报（自然科学版）第１３卷 ｌｎｋｒｎａｔｉｏｎａｌＭｉｅｒｏｍａｃｈｉｎｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ．２０００：１４１—１４８．ｔｒａｎｓｍｉｓｍｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ０１１ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙ［４］ＷＡＬＳＨＣ，ＲＯＮＤＩＮＥＡＵＳ，ＪＡＮＫＯＶＩＣＭ，ｅｔａ１．ＡａｎｄＴｅｃｈＴ｜ｆｉｑｕｅｓ，２００６，５４（１）：１－８ｅｏｎｆｏｒｍａｌ１０ＧＨｚｒｅｅｔｅｎｒｍｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｐｏｗｅｒｉｎｇｏｆ［７］蔡鹏，杨雪霞，徐得名．用于整流天线的！Ｚｌ径耦台圆极ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ脯ＢＢｏｒｅｌｅｅｔｒｏｎｉｃＢ［ｃ３／／ＩＥＥＥＭＴｒ－Ｓ化微带天线的设计与实验［Ｊ］．微波学报，２００５（５）：３４一ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔ２００５：１４３—１４６．３６． ［５］ＺＢＩＴＯＵＪ，ＬＡＴＲＡＣＨＭ，ＴＯＵＴＡｌＮＳＨｙｂｒｉｄｎｃｋｍ［８］ＸＵＪ Ｓ，ＸＵＣＬ，ＸＵＤＭ，ｅｔａｌＤｉｏｄｅｌａｒｇｅ－ｓｉｇｎａｌ ａｎｄｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ姗ｂｉａｓｍｉｃｉｏｗａｖｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒ［Ｊ］ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｍｅ惦ｕ陀ｍｅｎｔｆｏｒｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒｍｃｋｎｎ曲［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＯｌａＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＭｉｃｒｏｗａｖｅａｎｄＯｐｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，２００５，４５：２４９?２００６，５４（１）：１４７—１５２．２５１． ［６］ＫＥＮＹＪ，ＣＨＡＮＧＫ５８－ＧＨｚｃｉｒｃｕｌａｒｌｙｐｏｌａｒｉｚｅｄｄｕａｌ一（编辑：刘志强）ｄｉｏｄｅｒｅｃｔｅｎｎｎａｎｄｍｃＩｅｎｒｍａｒｒａｙｆｏｒｎｆｉｃｒｏｗａｖｅｐｏｗｅｒ １ｅ＾≈，；ｅｑｅ＾口’社们１ｅｔｅｌｗ卅ｔｅ＾ｅ‘ｃ‘ｅ啦‘ｅ＾ｅ，口ｅｔｅ＾∞—ｅｌｏｔ４＾≈，＝ｅ７口ｅ＾ｃ＾ｅ７口ｃｔｃ＾ｅ＾￥‘ｏ’ｅ＾ｃ＾ｅ‘ｃ＾ｃ＾ｃ＾ｅ‘ｃ＾ｅ＾粤ｔｅｌｅ＾≈＾Ｆ－啦－上海大学通信与信息工程学院学科介绍? 特种光纤及光通信技术 在国家自然科学基金、９７３项目、教育部重点项目、上海市光科技重大专项、纳米重大专项、重点基础项目及企事业项目的支持下，主要在特种光纤理论与技术方面进行研究，在波片光纤、保圆光纤及其实现的大电流光纤传感器方向处于国际领先地位，是国内唯一用“特种光纤”命名的市级重点实验室．光波与微波结合、光通信器件的研究也已获得国内先进的成果．在激光（偏振）混沌理论和光保密通信技术方面及光纤传感器的研究领域也进行了深入、扎实的研究，取得了阶段性的成果． 一、研究团队 黄宏嘉院士、黄肇明教授、王子华教授、王廷云教授、姚寿铨教授、季敏宁教授等． 二、研究方向 （１）特种光纤技术．在新型特种光纤方面，开展力求在国际上领先、并拥有自主知识产权的原创性研究．完善特种光纤和光纤偏振光学的基础理论，研制学术价值高和应用前景好的新型特种光纤；进一步优化特种光纤制作工艺、提高特种光纤的性能指标．以特种光纤为研究主题，以应用该类光纤构成的器件和系统为研究开发对象，研究的特种光纤包括：波片光纤、保圆光纤、纳米放大光纤、光子晶体光纤、紫外光纤、抗辐射光纤等． （２）光纤传感器及传感网络．本方向主要利用光电技术研究工业、农业、国防、环境、生物等领域的光纤传感器与网络．利用研制的特种光纤。研制和开发能应用于电力系统的光纤高压大电流传感器．利用光纤的二次加工技术，研究光纤渐逝波温度传感器和系统的网络检测技术，研究渐逝波声发射技术．研究光纤陀螺、光纤弱磁场传感器、光纤浓度检测技术等使其在机械、热工、电磁、生物等领域得到应用．在信号处理方面，研究光电信号的谱分析方法、虚拟化的ＬａｂＶｉｅｗ信息采集以及弱光电信号检测技术． （３）光子器件与光网络传输系统．深入研究光纤拉曼放大器和ＳＯＡ波长变换器，寻求低价位的实现方法与途径．在进一步研究晶体器件、光子晶体光纤及器件的同时，开展光逻辑开关器件以及双包层有源光纤等方面的理论研究．以超净实验室为基础，使其作为无源光子器件的研发平台与测试平台．逐步完善光子器件研究的仿真测试平台．深入研究激光（偏振）混沌理论和光保密通信技术以及光孤子通信等． 三、主要研究项目 国家自然科学基金项目：光纤波片的宽带特性和抗温度微扰特性的实验研究、具有高双折射率的光子晶体光纤的研制与保偏特性的研究、双包层光纤激光器泵浦吸收效率的波动分析、半导体薄膜内包层光纤放大机理与传输的研究、抗辐射光纤的材料辐射特性及制备技术研究、混沌光通信技术． 教育部博士点基金项目：纳米半导体光纤渐逝波放大技术研究． 教育部重点科研项目：高性能紫外光纤免疫制作技术研究． 上海市科委重点项目：宽带光纤波片制造技术及其应用、自动化港口运动无线光通信关键技术． 上海市重点基础项目：耦合式高灵敏度光纤渐逝波传感机理的研究． 万方数据
光通信技术现状及其发展趋势探讨
光通信技术现状及其发展趋势探讨 前言：光通信是以光导纤维（即光纤）为传输媒质，以光波作为载波的一种通信方式。光通信涉及的技术领域包括光器件、光传输、光信号处理、光交换技术、光网络技术以及光网络的融合技术等等。光通信正朝着高速率、大容量。长距离、网络化、智能化的方向发展。本文主要对光通信技术现今的发展状况，以及在今后的发展趋势进行了简要的阐述。 一、目前光通信技术的发展现状 1.1密集播分复用技术 密集波分复用技术简称DWDM，是光纤数据的一种传输技术，该种技术是利用激光的波长，按照比特位并行传输或字符串行传输方式在光纤内传送数据。DWDM是光网络的重要组成部分，它可以让IP协议、ATM和同步光纤网络、同步数字序列协议下承载的电子邮件、视频、多媒体、数据和语音等数据都通过统一的光纤层传输。在被开发后，基于其能在很大的程度上提高了光纤系统对于信息数据的传输量，而被广泛关注与应用。 1.2光纤接入网技术
光纤接入网，指的是在接入网过程中，利用光纤为核心的传输媒质，以此来实现用户数据信息传递的形式。光纤接入网并不是传统意义方面光纤传输系统，实际上是针对接入网环境中，所设计的较为特殊的光纤传输网络。光纤接入网主要有以下几方面的特点，其一是网络覆盖范围一般较小，在实际应用过程中不需要中继器，基于众多用户的信息数据共享光纤，导致光功率及波长的配比，存在需要利用光纤放大器来进行功率补偿的状况。其二是满足各种宽带业务的传输，并且传输质量好、数据信息传递的可靠性较高。其三是光纤接入网所应用的范围较为广阔。其四是，该项技术投放使用的过程中投资成本大，在网络管理方面较为复杂，在远端供电方面较难。 1.3 EDFA技术 EDFA是掺铒光纤放大器的缩写，是对数据信号光放大的有源光器件。基于EDFA工作时的波长为1550nm，与光纤的较低损耗波段较为一致，并且该种技术研发至今比较成熟，在实际中得到广泛的应用。掺铒光纤就是EDFA的核心元件，掺铒光纤主要将石英光纤当做基质材料，在其纤芯当中融入了相应比例稀土原素铒离子。在一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，铒离子从低能级直接被激发到高能级，基于铒离子在高能级时寿命较短，这就使得较快以非辐射跃迁的状态，直接到较高能级上，与此同时在该能级以及低能级间迅速形成粒
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 —
光通信技术论文
光通信技术论文 无线光通信技术 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，光纤通信因为能传输高速率 的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以 上的信息是通过光纤传输的。但是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。 关键词：高速率数据传输系统构成 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，光纤通信因为能传输高速率的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以上的信息 是通过光纤传输的。但是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。 无线光通信可在以下一些范围发挥重要作用： ·可以作为预防服务中断的光纤通信和微波通信的备份;
·可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传; ·应用于近距离高速网的建设以及最后一英里接入; ·不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方; ·用于企业内部网互连和数据传输。 1无线光通信系统的构成 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。 2无线光通信系统的特点和优势 2.1频带宽，速率高 从理论上讲，FSO的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同，只是 光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，而FSO的光信号在空气介 质中传输。FSO产品目前最高速率可达2.5Gbit/s，最远可传送4km。 2.2频谱资源丰富 与微波技术相比，FSO设备多采用红外光传输，有相当丰富的频 谱资源，不需要申请频率执照，也不需要交纳频率占用费，这是一 般微波通信和无线通信无法比拟的。 2.3适用任何通信协议 适用于任何环境，不依赖某种协议。现在通信网络常用的SDH、ATM、以太网、快速以太网等都能通过，并可支持2.5Gbit/s的传输 速率，用于传输数据、声音和影像等各种信息。 2.4架设灵活便捷 FSO可以直接架设在屋顶，以及在江河湖海上进行通信，可以完 成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务，而且无需