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无线光通信基础知识介绍

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:在卫星与卫星、卫星与航天器和空间站,以及卫星与地面站之间、陆地上任何两点之间,都可以利用无线光通信传递信息,甚至还可用于水下通信。对于无线光通信可用图4.6-1所示的方框图概略地说明其工作过程。目前无线激光通信所用激光器的光源有:LD、LED、APD、DFB、DPL 和YAG 等激发器。图4.6-1 无线光通信工作原理示意图

无线光通信基础知识介绍

随着社会的发展,信息技术经济科技,以及社会各个领域的应用已十分广泛,其重要性日益突出,而对它的要求也越来越高。例如,要求大容量、宽频带、高传输速率、低成本等。对此,目前已得到广泛应用的有线光通信光纤通信),与普通无线电通信和微波通信相比,已经有了很大的提高,基本上能满足上述要求,而无线光通信则是在光纤通信的基础上把上述技术指标又大大地提高了一步,更能满足日益增长的对信息技术的要求。

所谓无线光通信,或称自由空间光通信(Free space optical communication),就是以激光作为载体,它不需要任何传输线作为传输媒介,而是通过大气层(空气)或外层空间来传递语音、数据和图像等信息的一种通信方式。无线光通信从早期(1880年)贝尔(A.G.Bell)首先用光作为载体(载波)进行了通电话以来,科技人员就对这种通信方式进行了大量的研究和实验工作,并取得了重大进展和丰硕成果。目前已进入边研制边应用的阶段,在某些领域已经进入商用阶段,应用范围日趋广泛。在卫星与卫星、卫星与航天器和空间站,以及卫星与地面站之间、陆地上任何两点之间,都可以利用无线光通信传递信息,甚至还可用于水下通信。

普通无线电通信、微波通信、光纤通信和无线光通信,它们之间除了使用的频率越来越高、频带越来越宽、容量越来越大、传输速率越来越快这些不同的特点,以及具体的设备不同之外,从通信的基本工作原理来看,基本上是一致的或极为相似的。即,它们都是把要传递的信息(模拟的或数字的)对载波的某些参数(振幅、相位、频率、功率等)进行调制(对于无线光通信还可以利用强度和极化调制),而后经发射机(包括天线)发送出去,在接收端,接收机(包括天线)把收到的信号进行解调,还原为原来的信息,从而完成了信息的传递。对于无线光通信可用图4.6-1所示的方框图概略地说明其工作过程(图中,光学天线,即透镜系统装置)。(www.zuozong.com)

激光器产生的光频载波输入到调制器后,其相关参数受到被传递信息的调制,被调制后的载波经发射机(包括天线)发送出去;在接收端,接收机(包括天线)将收到的信号输入到解调器解调后,就得到了被传送的信息,从而完成了信息传递的全过程。显然,这种说明是很粗略的,实际的操作过程和所需的设备是很复杂的,例如需要对准和跟踪设备等。这样,才能提高通信的可靠性和安全性。目前无线激光通信所用激光器的光源有:LD、LED、APD、DFB、DPL 和YAG 等激发器。所用频率在326 THz~365 THz(波长在920 nm~820 nm)范围;有时为了减少激光束在空气中的衰减,常采用波长为850 nm~1 550 nm 作为工作波段。由于无线激光通信使用的频率很高(波长很短),因此,它所使用的设备尺寸小,质量轻,耗能小(例如,天线的口径在几厘米~20 余厘米,激光发射功率在几十~几百mW),建设周期短、成本低。相比之下,光纤通信则经常会受到线路选择、光缆敷设、设备制造,以及环境状况等多种因素的影响,因此,建设周期长、成本高。另外,由于激光束的发散角很小(一般都在毫弧度或微弧度的数量级),而且为直线传播、方向性强,很难在传输过程中截获它,具有较好的保密性。但无线光通信也有其不足之处:大气中的云、雨、雾会对激光束产生吸收(衰减),易受障碍的遮挡,易受到外界(背景)光源(阳光、月亮、星光、其他发光体)的干扰;另外,由于激光束的发散角很小,在接收过程中有时难以“捕获”到,所有这些都给无线光通信造成了不利因素。但是,这些问题有的已经解决,有的正在逐步解决中,总之,从长远看,无线光通信是通信技术一个新的发展方向,其重要性日益突出,应用范围也会越来越广泛。

图4.6-1 无线光通信工作原理示意图

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