自由空间光通信的应用及前景.docVIP

　　自由空间光通信的应用及前景～教育资源库 　　戴永江哈尔滨工业大学 国家大学科技园 　　摘要：在激光雷达、激光制导和激光大气传输效应研究的基础上，研发了大气中的自由空间激光通信（Free Space Optical 简称FSO）系统。通过比较它和微波通信及光纤通信的优缺点，说明了相互的互补关系。本文特别强调了FSO系统在解决宽带网络最后一公里瓶颈的重要作用和意义。介绍了哈工大和美国OA公司合作所生产的《烽火台》FSO产品的特点，接入方案和未来的发展趋势。对FSO应用领域，市场前景和产生的效益作了分析。本文还介绍了《烽火台》FSO产品在大大提高了接入的传输速率后，实现人机直接对话的必要性。将《烽火台》FSO产品和《吉祥之音》汉语语音门户平台集成和融合系统在技术上的先进性和市场优势。 　　一、前言 　　激光通信经历了大气通信和光波导（光纤）通信两个发展阶段。60年代，处在大气窗口的激光通信曾掀起了世界性的研究热潮。与大气激光通信技术基本同时起步的，还有光纤波导通信。光纤通信从80年代起被确认为是地面有线通信最有发展潜力的重要通信手段。然而，大气中的自由空间光通信（FSO）技术，由于当时诸多客观因素，特别是大气衰减和大气湍流的不利影响，限制了它的发展。 　　21世纪初，激光大气通信技术在以下方面取得较大突破： 　　1、激光器的发射功率和光电器件探测灵敏度能满足15km以内通信的需求。 　　2、自适应变焦光学天线技术，解决了大气中传输的信息特性随机变化的不利影响。 　　3、体积小、重量轻、特性好的收发天线已经研制成功。安装校准仅需几分钟，就可开通通信链。 　　4、有限的调制宽带内信号压缩编码技术能更大容量地传输多路信号。 　　5、光波窄带滤波技术和光源稳频技术的成熟，提高了系统的稳定性和可靠性。 　　6、自动跟踪和准瞄技术取得较大进展，基本满足FSO系统的要求。 　　这些都为大气激光通信的FSO技术实用化提供了坚强的技术保障。在大气中的可视距离范围内，实现全天候光通信，实现宽带网络的最后一公里接入已经没有技术障碍。 　　1999年美国NASA的OA公司将600～1200km星对地自由空间激光通信技术转换为民品，开发了5km以内的商业化FSO激光通信链产品。仅在2001年就在全球安装了4500链，哈工大在长期从事激光大气探测技术、激光雷达、激光制导和激光空间通信技术基础上，多年来坚持进行FSO技术研究和FSO的光接入宽带网络最后一公里接入技术的研究。2002年哈工大与美国OA公司建立了全面战略合作伙伴关系，将在中国实现FSO产品生产，并承担多个FSO网络的设计和建设工程。 　　总之，从现在起，实用化大气激光通信技术，即FSO技术应该是一项值得我们引以高度重视的重要技术。 　　二、目前网络建设存在的问题及解决方案 　　近年来的实践证明，光纤通信网络的发展遇到了一些问题： 　　1、材料和工程费用高。维修也较困难，因此，通信的成本较高。 　　2、我国国土辽阔，在高山峻岭、地形复杂、人烟稀少的地方架设光纤通信明线和沟埋的难度较大，工程也较大。 　　3、现有光纤通信宽带网虽然可以接到楼外，但进户到室、到桌面，仍以金属介质线材为主。这种传输介质在传输速度和带宽方面受到限制。绝大多数用户都在离骨干光缆的主要光节点一定距离外。到用户的树状网络的性能和成本都不能满足要求。宽带网络的最后一公里接入的发展遇到了瓶颈。 　　4、互动式三网合一（电信、广播电视和互联网），由于频带、管线之争，体制之间的矛盾，难以短期内实现。 　　5、光纤通信网络仅是一个平面型网络，三维立体组网目前还要靠卫星的微波通信实现。然而，微波的缺点，又制约了它的发展。 　　无线光通信可分为：点对点的通信（Point to Point）；点对多点的通信（Point to Multi-point）；环形或网格状的通信（MESH Optical munication）。FSO系统应用时，常遇到的一些实际问题，近年来都得到了解决。 　　1、通信链路的阻断是采用环形或网格拓扑状的通信（MESH Optical munication）-自愈环解决的。 　　2、安装点的楼顶晃动（受日光，风向的影响）将影响两个点之间激光对准则采用CCD摄像、多目跟瞄器和自动跟踪系统（Auto-Tracking System）解决。 　　3、天气的影响，特别是大雾影响大。但在一定的条件下，已有措施确保达到国际电信联盟要求的99.999%的可靠性。我们的《烽火台》FSO产品在200-500m之间，适合任意天气使用。 　　这些问题的解决，显示出FSO通信系统的优越性： 　　和微波通信比较： 　　1、无须无线电通信申请频率使用证和昂贵的使用费。