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1、空间光通通信技术术简介空间光通通信又称称为激光光无线通通信或无无线光通通信。根根据用途途又可分分为卫星星光通信信和大气气光通信信两大类类。自从从60年年代激光光器问世世开始，人人们就开开研究激激光通信信，这时时的研究究也主要要集中在在地面大大气的传传输中，但但因各种种困难未未能进入入实际应应用。低低损耗光光纤波导导和实用用化半导导体激光光器的诞诞生为激激光通信信的实际际应用打打开了大大门，目目前光纤纤通信已已经遍布布世界各各国的各各个城市市。由于于对无线线通信的的需求的的增长，再再有卫星星激光通通信的快快速发展展，自从从90年年代开始始，人们们又开始始重新对对地面无无线光通通信感兴兴趣，进进行
2、了大大量的研研究，并并且开发发出可以以实用的的商业化化产品。一、开展展空间光光通信研研究的意意义及应应用前景景1. 作为卫星星光通信信链路地地面模拟拟系统的的技术组组成部分分卫星光通通信链路路系统在在上卫星星前必须须有地面面模拟演演示系统统，以保保障电子子系统、光光学系统统、机械械自动化化控制系系统等各各子系统统的良好好工作。在在链路捕捕捉完成成以后，与与以太网网相连的的无线光光通信系系统借助助于光链链路的桥桥梁，源源源不断断地输送送以太网网上的信信息，这这是考验验光链路路稳定性性能的重重要指标标。2. 为低轨道道卫星与与地面站站间的卫卫星光通通信打下下良好的的技术基基础低轨道卫卫星与地地面站
3、的的通信会会受到天天气的影影响，选选择干旱旱少雨地地区建立立地面站站在相当当程度上上缓解了了这一矛矛盾，再再通过地地面站之之间的光光纤网可可以把卫卫星上信信息送到到所需地地点，这这从技术术上牵涉涉到空间间光通信信网与光光纤网连连接问题题，这方方面问题题已经基基本得到到解决。3. 空间光通通信具有有巨大的的潜在市市场和商商业价值值l 可以克服服一些通通常容易易碰到的的自然因因素障碍碍当河流、湖湖泊、港港湾、马马路、立立交桥和和其它自自然因素素阻碍铺铺设光纤纤时，无无线光通通信系统统可跨越越宽阔的的河谷，繁繁华的街街道，将将两岸或或者岛屿屿与陆地地连接起起来。l 提供大容容量多媒媒体宽带带网接入入
4、用无线光光通信系系统作为为接入解解决方案案，不需需耗资、耗耗时地铺铺设光纤纤就能满满足对办办公大楼楼或商业业集中区区大容量量接入的的需要。l 可为大企企业、大大机关提提供内部部大容量量宽带网网无线光通通信系统统能在企企业、机机关范围围内为建建筑物与与建筑物物之间的的大容量量连接提提供一种种开放空空间传送送的解决决方案。l 为公安、军军队等重重要部门门提供高高速宽带带保密通通信。l 支持灾难难抢救的的应急系系统无线光通通信系统统可为灾灾难抢救救提供一一种大容容量的临临时通信信解决方方案l 为一时性性大规模模的重要要活动提提供临时时的大规规模通信信系统例如，奥奥运会和和其他体体育运动动会、音音乐会
5、、大大型会议议以及贸贸易展览览会等专专门活动动往往需需要大容容量宽带带媒体覆覆盖。无无线光通通信系统统能提供供一种迅迅速、经经济而有有效的解解决方案案，不受受原有通通信系统统的带宽宽限制，也也不用再再去办理理光纤铺铺设许可可证。二、 空空间光通通信的优优势1. 组网机动动灵活无线光通通信设备备将来可可广泛适适用于数数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、电话网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1E3/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
6、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。2. 克服天气气对激光光传输的的影响，实实现全天天候通信信不同的恶恶劣天气气对无线线光通信信有不同同的影响响，但由由于器件件及技术术的进步步，且通通过对大大气特性性研究的的进展，无无线光通通信技术术已基本本上可以以克服或或者大大大减轻了了这种影影响，一一些公司司的无线线光通信信产品可可以实现现全天候候通信。3. 无需频率率许可证证据20000年55月266日新闻闻报导，无无线通信信频率资资源紧张张，电磁磁环境恶恶劣。而而无线光光通信的的载波为为光频，高高于目前前广泛应应用的微微波频率率344个量级级，而且且光束发发散角很很小，
7、在在毫弧度度量级。因因此，不不存在电电磁干扰扰的问题题，也就就无需申申请频率率许可证证。同时时它也就就具有了了更好的的保密性性与可靠靠性。4. 无需铺设设光缆或或电缆，安安装迅捷捷、使用用方便，成成本低廉廉建立通信信信道无无需铺设设光缆或或者电缆缆，只需需将光发发射和接接收天线线（望远远镜）对对准即可可。可以以迅速建建立楼群群之间的的通信联联系，特特别在施施工现场场还没有有基础设设施，或或地势奇奇特（山山顶和山山脚要实实现高码码率通信信），或或不能立立即在地地下挖设设管道铺铺设光纤纤，如街街道，江江河（挖挖设管道道必须经经过市政政有关部部门的批批准），无无线光通通信的优优势更是是巨大的的。5.
8、 光、电、机机一体化化、小型型化现在使用用轻便小小巧的半半导体激激光器，替替代过去去的气体体或者固固体激光光器，使使得无线线光通信信得以小小型化、实实用化。6. 军事上应应用潜力力巨大由于无线线光通信信产品具具有上述述所说的的保密性性好、可可靠性高高、建设设安装迅迅捷、方方便等优优点，该该产品还还特别受受军方的的重视，在在边防哨哨所、人人烟稀少少的山区区，铺设设电话线线、数据据线（电电缆火光光缆）成成本太高高，而且且建设周周期太长长，不适适合军方方的要求求。甚至至在舰艇艇与岛屿屿、舰艇艇与舰艇艇之间也也需要进进行高码码率通信信，这就就非无线线光通信信莫属。无无线光通通信系统统在几公公里到十十几
9、公里里的范围围内几乎乎全天候候工作，能能很好地地满足军军事需求求。其发发散角小小、无电电磁泄漏漏的特性性增加了了军事应应用前景景。三、空间间光通信信国内外外研究开开展状况况这里主要要介绍大大气光通通信的情情况，有有关卫星星光通信信的介绍绍参见另另文。目前，无无线光通通信已成成为发达达国家宽宽带通信信的关键键技术，美美国在政政府花巨巨资开展展该领域域应用基基础研究究之后，AT&T、Cisco和Nortel已投入数十亿美金研发该类技术和产品。AT&T已成立庞大的光无线通信服务公司，在全球推广该类产品。在北美和欧洲，光无线通信被公认为未来最有前途的通信技术之一。1. 从卫星光光通信的的副产品品发展成
10、成独立的的热门产产业卫星光通通信是目目前通信信领域的的研究热热点，前前些年由由各国军军方控制制该项技技术，近近年来已已形成为为商业公公司的投投资热点点，如TTeleedessic子子系统集集资900亿美元元，以光光和微波波混合通通信方式式覆盖全全球。国国际上几几家搞卫卫星光通通信多年年的大公公司或实实验室都都有自己己的卫星星光通信信的地面面演示系系统，而而且最近近一两年年从卫星星光通信信中分出出一部精精力专门门搞地面面无线光光通信，它它既是卫卫星光通通信的基基础，但但专门用用于地面面时，又又有其不不同之处处，由于于广阔的的经济效效益，目目前已从从卫星光光通信的的副产品品发展成成一个独独立的热热
11、门产业业。 SSPIEE协会的的FSLLCT文文集中已已开始有有大量的的文章讨讨论无线线光通信信，并且且从19998年年开始，SSPIEE专门组组织了一一个无线线光通信信（Oppticcal Wirreleess Commmunnicaatioon）会会议，每每年在美美国召开开一次，并并出版会会议文集集。无线线光通信信逐渐在在全球通通信行业业中热起起来，例例如，美美国军方方支持的的喷气动动力实验验室（JJPL）在在19999年做做了一项项相距445公里里水平面面光链路路实验，其其用了44个7880nmm信标光光建立链链路，8840nnm激光光通信，在在20000米高高度，空空气质量量为4级级的
12、情况况通信；美国圣圣地亚哥哥大学、马马里兰大大学以及及Texxas大大学，美美国的EEaglle OOptooeleectrroniics公公司， fSOONA通通信公司司，KVVA技术术公司，LLaseer DDiodde SSysttemss Coorp，llasiinc公公司以及及以色列列的JOOLT公公司也在在做这方方面的研研究和开开发，具具有相当当规模的的数AsstrooTerrra公公司（简简称ATT公司）和和Luccentt公司（朗朗讯公司司）。美美国军方方支持的的AT公公司以前前一直从从事卫星星光通信信，现在在投入很很大一部部分精力力从事地地面光通通信，并并且推出出了自己己的产
13、品品Terrrallinkk，它能能提供通通信距离离为8公公里、双双工、协协议透明明、码率率达2330Mbbps的的通信能能力，以以及6222Mbbps，33.5 公里的的通信能能力，所所用接收收和发射射天线面面积为550cmm2，接收收灵敏度度高达-46ddBm，发发射功率率为200毫瓦，另另外还采采用了自自动跟踪踪技术以以补偿建建筑物的的摇摆。特特别要说说明的是是另一家家光通信信的巨头头Luccentt（朗讯讯）公司司在19999年年做了相相距2.4公里里码率为为2.55Gbpps,波波长为115500nm 的无线线光通信信实验，220000年做了了40GGbpss密集波波分复用用4.44
14、公里无无线光通通信实验验。它采采用接收收、发射射共一个个Schhmiddt-CCasssegrrainn望远镜镜的光学学装置。发发射端由由三个115500nm的的DFBB信号激激光和一一个7885nmm的信标标激光，信信号激光光通过掺掺铒光纤纤放大，输输出功率率高达+27ddBm，接接收端通通过接收收望远镜镜将光功功率耦合合到光纤纤中再接接入APPD22.5GGbpss。在220011年发表表的文章章中，朗朗讯公司司做了目目前通信信容量最最大的通通信系统统，采用用光线放放大器，可可以在2200mm的通信信距离，实实现200Gbpps至1160GGbpss码率的的数据通通信，其其采用的的发散角角
15、为0.5mrrad，接接收孔径径为200cm。图1 国国外部分分FSOO产品照照片20022年9月月，LiighttPoiintee成为首首家在6650码码范围内内传输稳稳定性达达到五个个9（999.9999）的FFSO公公司。该该公司在在各个接接收器间间使用多多光束，令令网络中中断时间间从原来来的每年年6小时时减少为为每年只只有300分钟。911世贸灾难发生后，奎斯特通讯是首家接受FSO技术的营运商，宣布将会把LightPointe的屋顶FSO接收装置用于其全球网络。日本也有Cannon、Hamamatus等公司推出了FSO商业产品。目前国外大公司正积极进入中国市场。如美国Terabeam公
16、司的FSO设备已入选重庆联通运营，该公司已签约长城宽带，为中国15个城市建设FSO网络。2003年9月9日，美国的LightPointe（2. 全天候无无线光通通信大气衰减减和闪烁烁是影响响无线光光通信最最大的因因素，特特别是雨雨、雾、雪雪等恶劣劣天气的的影响更更大，国国外针对对大气传传输特性性已作了了许多研研究，已已取得重重大进展展，所推推出的产产品声称称具有全全天候通通信能力力。例如如 Teerraalinnk8-1555产品在在晴朗天天气下，能能见度为为20公公里时，有有效通信信距离为为8公里里，即使使在浓雾雾情况下下，能见见度为550米，有有效通信信距离也也能达到到1400米。在在雾、
17、雪雪、雨中中，三者者对大气气衰减和和闪烁的的影响依依次递减减，中雪雪或者中中雨的天天气，有有效通信信距离可可达3.5公里里。在55公里以以下，有有效通信信距离超超过能见见度，也也就是说说，只要要能看见见对方，即即可通信信。可见见恶劣的的天气并并不像人人们想象象的那样样对无线线光通信信造成很很大的影影响，会会导致通通信的失失败，只只是会影影响有效效的通信信距离，并并不是不不能通信信。3. 国外无线线光通信信应用实实例.FDDDI-3000米-在法国国合作部部的楼宇宇之间实实现办公公自动化化。.ISSP-11公里-在直不不罗陀与与西班牙牙边境使使用，把把国际长长途电话话变为市市内电话话。.Took
18、ennRinng-4450米米-在以色色列银行行中的数数条通讯讯线路。挪威保保险公司司楼宇之之间的以以太网数数据联网网。1000MB Fasst EEtheerneet-西西班牙楼楼宇之间间的数据据联网。日本东东京一家家商业实实业房地地产公司司通过无无线光接接入网使使50栋栋楼接入入以太网网。在20000年年的悉尼尼奥运会会上，应应用Teerreestrriall 15550nnm WWDM空空间光通通信系统统进行了了8个通通道0.89kkm的实实时图像像传输，每每一通道道的数据据率为11.4885Gbbps。在在20000年99月144号至220000年100月1日日，整个个奥运会会的进行行
19、过程中中，进行行了每天天24小小时不间间断的无无误差连连续通信信。4. 室内无线线光通信信由于对无无线通信信的急剧剧需求，和和地面无无线光通通信的快快速发展展，现在在已经大大量室内内无线光光通信的研研究。主主要是将将无线光光通信应应用在室室内计算算机网络络及办公公设备通通信。室室内无线线光通信信与室外外无线光光通信主主要区别别在于信信道的不不同。地地面无线线光通信信的信道道主要收收到太阳阳等自然然背景光光及大气气的影响响，大气气对光通通信的影影响主要要大气湍湍流所引引起的闪闪烁以及及天气现现象所引引起的衰衰减（雾雾、雨、云云等自然然现象）。而而室内无无线光通通信的信信道主要要收到人人造光源源的
20、影响响，比如如荧光灯灯、日光光灯等，还还有一个个对室内内高速通通信影响响比较严严重的是是由于室室内墙壁壁对光源源的反射射所引起起的对接接收信号号造成的的多径问问题，这这样对高高码率通通信会出出现码间间串扰(ISII)。除了上述述介绍的的这些公公司或大大学外，国国外还有有许多大大学研究究机构正正准备发发展无线线光通信信。无线线光通信信的发展展顺应了了通信产产业的潮潮流，将将来的通通信行业业必定要要向高码码率，低低成本，多多接入，安安装架设设容易方方向发展展。5. 国内研研究状况况国内这方方面的商商业产品品很少，根根据了解解，上海海光机所所研制出出了点对对点1555M大大气激光光通信机机样机。成成
21、都光电电所20002年年在国内内率先推推出了110M码码率、通通信距离离3000米的点点对点国国产激光光无线通通信机商商品。桂桂林激光光通信研研究所从从20003年开开始正式式推出FFSO商商品，最最远通信信距离可可达8公公里，速速率为1101155MM。武汉汉大学激激光通信信实验室室在空间间光通信信方面取取得了具具有国内内领先水水平的研研究成果果，20002年年以来取取得了以以下主要要成果：发表激光光通信方方面研究究论文770余篇篇；20022年在国国内首先先完成442M多多业务大大气激光光通信试试验；20033年5月月完成数数字复接接光无线线通信实实验；20044年3月月完成DDSP控控制
22、复合合轴伺服服系统空空间目标标自动扫扫描搜索索试验；20044年4月月完成1100MM以太网网光无线线通信试试验；20044年111月研制制出便携携式1000M以以太网和和计算机机数据、图图像传输输激光无无线通信信系统工工程样机机，该系系统在体体积、重重量、功功耗、快快速链路路建立、多多业务功功能等指指标上居居国内领领先水平平；20044年111月在国国内率先先完成55Gbpps波分分复用光光无线通通信试验验；20055年6月月在国内内率先完完成光无无线中继继通信模模拟试验验；20066年3月月完成DDSP控控制复合合轴伺服服系统空空间目标标自动扫扫描搜索索与跟踪踪试验，这这为建立立移动平平台间高高速激光光通信创创造了必必要条件件。由于无线线光通信信具有良良好的市市场前景景，目前前国内有有不下220家研研究机构构和大学学正在开开展有关关研究工工作，相相信我国国在这方方面近几几年内会会有大的的发展。