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光通信技术论文
光通信技术论文 光通信技术论文篇一 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;
·在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合;
·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。
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。系统所用的基本技术是光电转换。光发射机的光源受到电信号的调制，通过 作为天线的光学望远镜，将光信号通过大气信道传送到接收机望远镜;在接收机 中，望远镜收集接收到光信号并将它聚焦在光电检测器中，光电检测器将光信号 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。对基于FSO的系统来说，最常用的光学波长是近红外 光谱中的850 nm;还有一些基于FSO的系统使用1500 nm的波长，可以支持更大的 系统功率。
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2.5 Gbit/s，最远可传送4 km。
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2.5 Gbit/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，而且无需埋设光纤，可以在 几小时内建立起通信链路，方便快捷，大大缩短了施工周期。
2.5 安全可靠 无线光通信的安全性是非常显著的，由于光通信具有非常好的方向性 和非常窄的波束，因此窃听和人为干扰几乎是不可能的。
2.6 经济 光纤网络的成本通常很高，铺设过程耗时，而且投资不可撤回，而可 以在城域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下埋设光缆的五分之一。
3 无线光通信系统存在的 问题 FSO是一种视距宽带通信技术，发射机与接收机之间需要严格的视线 传播，当通信设备安装在高楼的顶部时，在风力的作用下 建筑物会发生摆动， 这样便会 影响 激光器的对准。由于大楼结构中某些部分的热胀或轻微的地震等 原因，有时也会导致发射机和接收机无法对准。
恶劣的天气情况，会对传播信号产生衰耗。空气中的散射粒子，会使 光线在空间、时间和角度上产生偏差。大气中粒子还会吸收激光的能量，衰减信 号的发射功率。
传输距离与信号质量的矛盾非常突出，传输距离越大，光束就会越宽， 接收的光信号质量越差。
激光的安全问题必须考虑。发射功率必须限制在保证眼睛安全的功率 范围内。
4 国外 研究 现状在FSO领域，国外已经开始了将近10年的研究，但是FSO产品真正投 入使用也就是最近几年的事情。在FSO这个领域里，国外几个大的FSO厂家，包 括LightPointe、AirFiber、Canon、Terabeam。
LightPointe将自由空间光学技术用于创造、设计和制造电信公司等级 的光传输设备，向电信服务商提供比传统光缆传输速度更快、成本更低的高速通 讯解决方案。LightPointe的系统以超快的带宽速度提供安全可靠的无线传输，速 度最高可达2.5 Gbit/s，产品适应性强，可解决城市地区的连接问题。
AirFiber位于美国加洲San Diego，主要服务于大城市大楼宽带接入。
它的产品称为OptiMesh， 网络 结构为网眼状拓扑结构，冗余备份短距离622 Mbit/s无线光传输系统。
Canon主要产品有：Canobeam DT-50，速率从25 Mbit/s到622 Mbit/s， 可连接 FastEthernnet、FDDI、ATM。特点是具有自动跟踪系统，调整探测器件 的位置以检测激光束的光轴，所以不因建筑物的摆动而使传输中断。同时，镜头 自动跟踪特性增加传输距离达2 km。Canobeam III：数据速率达到622 Mbit/s，有 不同的网络接口，如ATM、FDDI、Fast Ethernet，并可选择SNMP 的TCP/IP。
TeraBeam Internet Systems产品是基于IP 的无光纤点到多点网络，发 送和接收机，固定在办公室窗户上小卫星碟。这些卫星碟型天线的波束与安装在 楼内的基站相连。
5 国内研究现状 目前 在 中国 ，无线光纤技术基本处于起步阶段，有几家公司在实 验室作出了样机，但是没有规模性的生产，主要原因有FSO本身的可靠性问题， 一些人对FSO技术存有一定程度的误解和疑虑;还有一些用户对FSO技术了解不 多。
桂林三十四所、清华同方有限公司、中科院成都光电技术研究所、深 圳飞通有限公司、上海光机所等几家单位，有比较成熟的样机。
桂林三十四所产品的主要性能参数有以下一些，传输速率：8 Mbit/s， 34 Mbit/s，155 Mbit/s;
工作波长：850 nm;通信距离：1~4 km;光发射功率：小于 40 mW。清华同方推出了面向未来的无线光链路的自由空间通信产品OWLink E100。清华同方在快速追踪系统具有自动校准功能获得了专利，其产品还遵循眼 睛安全标准。
中科院成都光电技术研究所，开发的产品主要性能参数有传输速 率:10 Mbit/s;工作波长：850 nm;通信距离：1~4 km;发射功率：3~30 mW。
上海光机所承担的"无线激光通信系统"具有双向高速传输和自动跟 踪功能。其传输速率可以达到622 Mbit/s，通信距离可以达到2 km。自动跟踪系 统采用双波长同光路接收镜筒和高灵敏度位敏探测器，实现灵敏的伺服跟踪。
深圳飞通有限公司开发出的样机，其速率有155 Mbit/s、622 Mbit/s以 及1.25 Gbit/s几种，通信距离最远可达4 km。
6 FSO研究的 发展 趋势 FSO目前存在的问题主要集中在下面几个方面：针对大楼摆动的瞄准 问题;大气中粒子对光线的散射、吸收问题;提高传输速率问题。这些问题影响了 传输的可靠性，所以对这些问题的研究成为FSO的发展方向。
6.1 发射、接收的瞄准的研究 在大风中或因地震引起大楼的摆动，发射机发送的光信号对不准接收 机，产生的误差大，甚至通信无法实现。目前的研究方向在于提高激光的瞄准， 怎样利用非 机械装置来实现精确的对准和快速瞄准;在接收机方面，散射光线也 带有信息，接收散射光线越多，接收的信号能量越大，但同时接收的噪声也越大， 所以尽量提高接收机接收信号总功率，又不能降低信噪比成为研究目标。
6.2 减小大气对通信的影响 在不同的 环境中不同波长的光线会有不同的传播特性，这些不同的 特性导致了在不同环境下，不同波长的光线会有不同的吸收窗口、不同的散射函 数以及不同的折射率，需要寻求一种最优波长，在通信链路中找出波长与性能的 最优组合。
6.3 传输速率的提高 FSO相对于其他接入设备最大的优势之一就是带宽。现在FSO产品的速率从2 Mbit/s开始，形成多个系列，比较典型的有10 Mbit/s、100 Mbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s。有的公司采用波分复用技术，速率可以达到2.5 Gbit/s、10 Gbit/s。
综上所述， FSO的发展方向是解决大楼的抖动引起的对不准问题、 大气微粒的散射问题、大气湍流影响通信问题，提高系统可靠性，在此基础上提 高传输速率，使FSO发挥最大优势。
7 结束语 无线光通信已经成为现实，它是连接宽带网的一种快捷 方法 。文中 详细地介绍了国内外目前对FSO的研究以及研究成果， 分析 了目前存在的问题， 如果这些问题能得到解决，那么必能发挥FSO的最大潜能和优势。随着的不断完 善，它一定可以得到广泛的 应用 。
光通信技术论文篇二 无线光通信的技术研究 摘要：
无线光通信是一种利用光波作为载波在自由空间中直接进行 通信的一种方式，该技术具有广阔的应用前景。本文介绍了无线光通信的工作原 理及组成，并介绍了几种常见问题的解决方案。
关键词：
FSO 无线光通信 ATP 1.前言 最初，在出现了激光器这一理想光源后，人们就是沿用无线通信的原 理，利用大气作为传输通道，直接进行光通信的。但由于当时技术的限制，比如 传输距离较短，受天气影响严重等问题的制约，其发展一直停滞不前。无线光通 信凭借其特有的优越性，最近几年来，又受到国内外众多企业及运营商的普遍重 视。
无线光通信，又称“自由空间光通信”FSO(FreeSpace Optical Communication)或“虚拟光纤”(VirtualFiber)，是光在自由空间(大气，外太空或水) 中直接进行通信的一种方式。近年来，人们对通信的速率及容量的要求越来越高，现有的通信系统 80%以上都采用的是光纤通信系统。但用户接入网的光纤化由于其费时费力，且 成本高而发展受阻，而无线光通信由于其安装简单，费用低，而成为用户接入网 “最后一公里”的最好的解决方案。另外，对于一些突发事件造成的通信中断，无 线光通信也是一个非常好的应急方案。例如，美国“9.11”事件发生后部分地区的 应急通信就采用了很多的无线光通信技术。最近几年国内外的许多企业都在无线 光通信的技术上都有新突破，有的已经投入商用，比如美国朗讯公司的2.5×4Gb/s 的波分复用系统，日本佳能公司的无线光通信系统等。笔者总结了这方面的技术， 以便有更多的人才关注这一方面的技术。
2.工作原理 无线光通信是光纤通信和无线通信的结合，利用激光在自由空间内进 行通信，可传输话音、视频等多种业务，其速率最高可达2.5Gb/s。一个完整的 无线光通信系统主要由发射系统和接收系统两部分组成。其原理框图如图1所示。
发射系统主要由编码器、调制器、光源和发射天线组成。由于大气信 道的不稳定，大气激光通信中的误码问题较为严重，所以利用编码器进行前项纠 错处理，然后将信号送至光调制器，调制到一个由激光器产生的激光束上，利用 发射天线发送，经过大气信道的传输，到达接收端。接收系统主要由接收天线、 光检测器、解调器及译码器组成，其工作过程与发送过程相反。接收天线接收到 信号后，经光检测器和调制器将其转换为相应电信号，最后经译码器输出。
接收光学天线的任务是将一定面积内的信号光会聚到光检测器上，目 的是增大接收光信号的功率;发送光学天线的任务是压缩光束发散角，降低激光 束在大气中传播时的发散损耗。一般来说，由于成本和维护的考虑，大气激光通 信大都采用折射式光学天线。
3.无线光通信中常见问题及解决方案 (1)大气湍流的影响 大气湍流就是大气各点的密度不均匀的微小起伏，是由于地球表面的 空气的不断对流引起的。密度的变动造成折射率的变化，激光束通过时，就会偏 离原来的方向，发生不稳定的折射偏折，这种现象也叫做“大气抖动”。由于接收 点固定不动，收到的光信号强度就会有起伏变化，带来强烈的干扰。对于这个问题可以采用差错编码技术来控制其影响，目前采用Tubro 码可以很好地改善大气湍流对接收光强的影响。如下图所示：Tubro码编码系统 与未编码系统的性能比较。
(2)大气衰减的影响 激光器作为一种理想的光源，具有体积小、寿命长、调制方便，而且 发射光束单色性好、方向好等特点。民用无线光通信系统主要选用的是半导体激 光器。对于其工作波长，由于存在大气衰减，即因大气对光束的吸收和散射作用 引起的信号能量减弱，又因为大气的散射作用与大气中微粒的数目和大小有关， 而且对于不同波长的电磁波，大气的衰减作用也不同(如图3所示)。在图中，我 们可以看到720nm―15000nm的光波在大气中的透射特性。显然，为了尽可能消 除大气带来的损耗，通信波长应选择在大气“窗口”位置。大气激光通信一般采用 的850nm、1550nm波长均位于大气透射的“窗口”中，因此透射率很高，大气损耗 小。又因为目前光纤通信一般都选择1550nm波长，可用器件选择余地大，而且 1550nm波长的光源在通信性能和人眼安全性上都有更好的表现，所以无线光通 信一般选择工作波长为1550nm。
(3)建筑物晃动的影响 建筑物晃动将影响两个点之间的激光对准，其最大值可达4mard/2层 楼。对于大气激光通信来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准(捕 获)和保持(跟踪)至关重要。但在对准之后，在风力和其他因素的作用下，建筑物 会有一些晃动，就必须要求链路两端设备必须具备自动跟踪的能力。
对于这种问题可以采用散光法和自动跟描技术又称(ATP技术)来解决。
所谓散光法就是让激光束以较大的角发送，这样到达接收端时光束就 会形成一个很大的光锥。但是，若发射角太大，则通信距离和接收端信号的强度 都会受到相应的影响。
高精确的捕获(Acquisition)、跟踪(Track-ing)和瞄准(Pointing)技术可以 避免这个问题，所以已经成为无线激光通信中的关键技术。ATP系统主要包括两 个子系统：
1)预对准系统：根据预先设定的通信方向，控制光束方向，使其能较为准确地对准光接收器。
2)跟踪系统：可分为粗跟踪系统和精跟踪系统，在不同视角/视场范围 内捕获目标，并对目标跟踪，然后将目标控制在跟踪能够实现的范围内，始终使 系统处于最佳接收位置。位置探测如下图4所示，较为常用的探测器有PSD、CCD 和QD。粗跟踪系统常采用CCD来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺 服执行机构完成粗跟踪目标的捕获，其捕获范围可达±1°―±20°或更大。精跟踪 系统通常采用四象限红外探测器QD或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配 以相应的电子学伺服控制系统，其要求现场角为几百微弧度，跟踪精度为微弧度， 跟踪灵敏度为微几mW。
4.结束语 无线光通信由于具有与多优点，比如无需申请频带许可证，组网方便， 安全性好，抗干扰性好，故在一些应急场合、特殊场合，如高电磁干扰场合、不 易布线的场合，还有一些军事部门的应用前情都非常好，在未来的通信市场有非 常广阔的前景。
