激光通信的应用

激光通信的应用

1． 激光的定义：由受激发射的光放大产生的辐射。

2． 激光通信：

定义1：利用激光进行信息传递的通信。

定义2：利用激光传输信息的通信方式。按传输媒介的不同，可分为大气激光通信和光纤通信。

3． 激光通信的原理：

无线激光通信设备的激光通信终端每一侧分别包括专用望远物镜(Telescope)、激光收发器部分、线路接口、电源、机械支架，部分厂商的设备还包括伺服、监控、远程管理等部分。

激光是一种光波，也具有电磁波的性质。然而。激光与一般的无线电波又有明显的不同，激光的频率为几亿兆周，是微波（超高频电磁波）频率的10万倍以上。由波长 与波速C及频率 的关系式 可知，激光的波长非常短，所以其波动性远比无线电波差。相反，激光却具有奇特的粒 子性，因而使它在军事通信中成为引人注目的“后起之秀”。

激光通信与无线电通信基本相似，在发送端用激光器发出的激光作为载波。话音信号通过发话器变为电信号送入调制器，调制器控制载波的某个参数（频率、振幅或相位）使其按话音的变化把话音信号寄载在激光光波上，通过发射望远镜(也称发射天线）发送出去在媒质中传播。在接收端，接收望远镜（也称接收天线）将激光信号按发送端的逆方向转化为话音信号。

根据传输媒质的不同，激光通信可分为宇宙通信（激光在大气层以外的宇宙空间传播）、大气通信（激光在大气层以内传播）、水下通信（激光在水下传播）以及光纤通信（激光在光导纤维内传播）。四．激光通信的优缺点： 相比于微波通信等其他几种接入方式，无线激光通信主要优势包括：

1．无须授权执照

无线激光通信工作频段在365～326 THz（目前提供无线激光通信设备的厂商使用的光波长范围多在820nm～920nm），设备间无射频信号干扰，所以无需申请频率使用许可证。

2．安全保密

激光的直线定向传播方式使它的发射光束窄，方向性好, 激光光束的发散角通常都在毫弧度，甚至微弧度量级，因此具有数据传递的保密性，除非其通信链路被截断，否则数据不易外泄。

3．实施成本相对低廉

无须进行昂贵的管道工程铺设和维护，其造价约为光纤通信工程的五分之一。

4．建网快速

无线激光通信建网速度快，只须在通信点上进行设备安装，工程建设以小时或天为计量单位，适合临时使用和复杂地形中的紧急组网。对于重新撤换部署也很方便容易。

5．协议的透明性

以光为传输机制，任何传输协议均可容易的迭加上去，电路和数据业务都可透明传输。

6．设备尺寸小

由于光波波长短（约零点几微米到几十微米），在同样功能情况下，光收发终端的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多，具有功耗小、体积小、重量轻等特点。

7．信息容量大

光波作为信息载体可传输达10Gbit/s的数据码率。Lucent贝尔实验室不久前演示了其“无线激光通信数据链路”，并且创造了在2.4公里的自由空间距离上以2.5Gbit/s的速率无差错传输信息的世界记录。目前已经商用的无线激光设备，最高速率已达622Mbit/s。

二、无线激光通信的缺点：当然，无线激光通信也有其固有的缺点： 1．只能在视线范围内建立链路

两个通信点之间视线范围内必须无遮挡，必要的时候需要考虑线路中间将来可能出现的树木，建筑物的遮挡。对于中间存在障碍物而不可直视的两点之间的传输，可以通过建立一个中继站实现连接。

2．通信距离受限

目前用于地面民用无线激光通信的设备所能达到的距离一般为200m到6000m,受安全发送功率、数据速率、天气等条件的限制，实际使用的距离要短一些。延长直视的两点之间的传输距离可以通过建立中继站的方法。

3．天气影响链路的可靠性

天气因素尤其是大雾所引起的光的色散影响激光通信的可靠性。据测算，当距离在200～500米之间时，全球大部分地区均可达到99.999%的通信要求。

4．安装点的晃动影响激光对准

楼顶晃动(受日光，风力的影响)将影响两个点之间的激光对

准，使链路质量下降。

5．意外因素使通信链路的阻断，可用性受限制

点对点及点对多点模式中，如有一条链路被隔断(如飞鸟经过链路空间)，通信将受阻。

五．激光通信应用举例：

1在不具备接入条件(如：复杂地形)或带宽不足时提供高效的接入方案

在通信链路跨越高速公路、河流、拥挤的城区时，由于地理条件的限制无法敷设光纤线路时，采用无线激光通信可以有效解决。

2解决综合业务接入的“最后一公里”

对智能小区的宽带接入，大企业Intranet的互连，大客户的宽带接入提供一种快速灵活的方案，可提供2～622Mbit/s的带宽。

3提供室内外、临近局域网之间的互连互通

当两座楼宇之间的办公室需要建立一条通信链路，其他通信方式不能较好的解决时（带宽、价格、线路资源），采用无线激光通信可快速解决。

4对于特殊要求的线路进行备份以及应急临时链路和意外恢复 在突发的自然或人为意外灾害中，原有通信线路被破坏，难以立即恢复时，或者在一些特殊地方发生突发事件，需要应急通信，采用无线激光通信进行快速的部署。

另外对于一些大型的集会（如运动会、庆祝会等）需要快速建立一些临时链路用于现场通信。

六．激光通信应用前景

激光用于卫星通信前景乐观

目前，卫星通信大多采用无线电波进行数据交换，而用激光代替无线信号进行数据传输可以将传输速率提高一百倍。最近，Tesat-Spacecom公司组织在德国TerraSAR-X雷达卫星与美国NFIRE卫星之间进行了激光传输数据的空间探测实验，其通信领域覆盖空间5000 km范围，此次测试获得的带宽是传统无线通信数据传输带宽的100倍，数据传输速率相当于每小时400DVDs。这一传输速率及带宽有望实现未来多个卫星之间的大数据包传输，如从地球探测卫星向地面发送图像数据包。这种新型卫星通信的另外一种优势是激光比无线电波更容易聚焦，这意味着数据传输的方向性更准确。

在德国空间中心的资助下，德国弗朗霍夫激光技术研究院（ILT）的研究人员开发了探测卫星搭载的二极管激光泵浦模块。“这些模块必须承受卫星在发射期间的振动和加速力，还需要克服空间极其恶劣的环境，如极端辐射和强烈温差，”ILT研发主管Martin Traub介绍