大氣激光通信技術與應用

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摘要大氣激光通信技術以激光光波為載波，以大氣為傳輸介質，結合了光纖通信、微波通信兩大技術優(yōu)勢，不僅容量大、傳輸速度快，而且無需鋪設光纖，因而應用優(yōu)勢顯著。文章結合大氣激光通信技術原理與特點，分別從民用、軍事兩方面出發(fā)，就大氣激光通信技術的應用加以探討，以供參考與借鑒。

關鍵詞大氣激光通信技術；民用；軍事；應用

1大氣激光通信技術的原理與特點

激光通信是以激光光束為信息載體，用以傳送信息的通信方式，與傳統(tǒng)電通信相似，激光通信包括兩種，即有線與無線激光通信。前者即以光導纖維為傳輸媒質的光纖通信技術，如今已經發(fā)展成為高速有線信息傳輸之骨干技術；后者即所謂的大氣激光通信技術，作為一種無線連接方式，其借助高功率二極管、激光管生成的激光作為載波，以視距內兩點間的互通而設計，可實現(xiàn)數據、視頻、語音信號的傳輸。大氣激光通信技術原理與無線電通信相似，由兩臺激光通信工具構成通信系統(tǒng)，為使激光通信具備全雙工通信能力，各系統(tǒng)均具備信號調制電路、激光器與光發(fā)射天線，激光發(fā)射過程中，受調制信號途徑調制電路促使激光器發(fā)光，確保承載信號的激光借助光學天線進行受控擴散光束的發(fā)射，以實現(xiàn)天線接受。接收過程中，系統(tǒng)借助光學天線收集光信號，并匯聚到光電探測器上，并將該光信號成功轉換為電信號，經濾波解調成功獲取原信息。大氣激光通信技術具有如下特點：1）光波頻帶寬，信息容量大。由于光頻比微波基頻高出千倍，因而賦予該技術極高的潛在傳輸速率，其信息載體可傳輸超過10Gbps數據碼率，若能同時利用光頻帶寬，則全球可同時利用一束光線加以通信。2）天線尺寸小，推行成本低。較微波通信技術而言，大氣激光通信技術所用天線尺寸小得多，這由其定向發(fā)射、激光束準直特點所決定。3）網絡協(xié)議透明。該技術對于傳輸網絡系統(tǒng)或協(xié)議而言透明性高，猶如光纖一樣，無需配備高昂的復用器、網橋、路由器。4）安全性高，保密性強。該技術利用紅外激光束發(fā)散角進行定向發(fā)射，因而光路窄，直接對準光路方可接收至極窄激光束，加上傳輸碼流為專用編碼，一旦存在竊取行為，很難為頻譜儀、RF儀表所測量，因而保密性極高。5）無信號干擾，無需頻率許可證。該技術工作中不向四周發(fā)射電磁波，也不受周圍電磁輻射影響，因而設備間無信號干擾，不會擠占無線通信頻帶，其運行無需相關部門批準。6）安裝便捷，經濟實用。該技術設備使用透明，無需軟件配置，系統(tǒng)安裝中真正實現(xiàn)了即插即用，安裝便捷，較租用線路不同，只需一次性購買設備，無需后續(xù)租賃費用。7）拓展性強，更新升級快。該技術所用設備容易更新升級，有助于獲取更高帶寬、更遠傳送距離，所需費用低廉。

2大氣激光通信技術的應用

大氣激光通信技術具有其他通信技術難以匹及的應用優(yōu)勢，因而在軍事、民用等領域均有較為廣泛的應用，主要體現(xiàn)在如下方面。

2.1在軍事領域的應用

2.1.1用于指揮所通信

軍事戰(zhàn)爭中，由于各指揮所頻繁移動，因而不宜采用鋪設線路，如電纜、光纖通信技術等，而采用無線電通信容易遭到敵方攔截，因此，就距離較勁的指揮所，可利用大氣激光通信技術，即使部隊轉移位置，也可迅速與其他指揮所迅速構建通信鏈路。此外，利用該技術可實現(xiàn)多種通信協(xié)議的疊加，極易實現(xiàn)多種數據類型的高速、大容量傳送。

2.1.2用于恢復戰(zhàn)場通信

由于戰(zhàn)場上不確定性因素眾多，戰(zhàn)爭態(tài)勢瞬息萬變，為了獲取勝利，還需對戰(zhàn)場全局信息加以把握，要求各作戰(zhàn)單位信息應及時向指揮中樞報告，但這一過程會導致通信設施遭到敵方破壞，一旦短時間內通信未恢復，將會引發(fā)嚴重后果。此時，可利用大氣激光通信技術作為臨時替代，使戰(zhàn)場通信迅速恢復。

2.1.3用于復雜地形通信

野戰(zhàn)由于戰(zhàn)斗區(qū)地形不確定性大，一旦出現(xiàn)河流、峽谷，將會導致電纜、光纜敷設受阻，此時還需借助大氣激光通信技術，實現(xiàn)野戰(zhàn)高效、保密通信。此外，在很多險要地形及邊境上也需要利用該技術實現(xiàn)各哨所之間的大容量、高效率通信。

2.1.4用于戰(zhàn)斗單元協(xié)同通信

當前國內坦克、戰(zhàn)艦、戰(zhàn)斗機等相互間的協(xié)同通信多利用無線電通信實現(xiàn)，該方式極易遭到敵方強電磁干擾，也容易被竊聽。此外，為了滿足戰(zhàn)斗要求，要求戰(zhàn)斗單元實現(xiàn)無線電靜默，而解決此類問題的最佳方案即應用大氣激光通信技術，但這對于APT系統(tǒng)要求較高，還需確保光發(fā)射、接收天線的精確對準。當前，大氣激光通信技術所采用激光束發(fā)散角通常較小，因而光接收端難以精準對準發(fā)射端的光信號，因此，為了促進其在軍事領域的應用，還需加快完善編碼技術與APT系統(tǒng)高精度化，如此方可使其深度應用于未來戰(zhàn)場通信系統(tǒng)中。

2.2在民用領域的應用

2.2.1用于GSM基站通信

移動通信多采用租用線路、微波系統(tǒng)實現(xiàn)GSM基站之間的通信連接，但受帶寬限制，運行中會遭遇諸多問題，如怎樣快速擴建系統(tǒng)以適應業(yè)務的迅速增長。大氣激光通信技術可在不干擾正常業(yè)務情況下迅速完成安裝，為GSM基站通信提供技術支持。

2.2.2用于校園網通信

大氣激光通信技術適用于醫(yī)院、學校、停車場等樓群、建筑物網絡間互聯(lián)通信。若采用普通電纜、光纜傳輸，還涉及到市政道路開挖，不僅費用昂貴，而且手續(xù)繁瑣。而利用微波傳輸會對周圍環(huán)境、系統(tǒng)造成干擾，很難獲取相關部門批準。因此，可利用大氣激光通信技術輕松解決這一問題，提升系統(tǒng)的通信性能。

2.2.3用于寬帶Internet骨干網通信

運營商將多數投資用于骨干網絡建設，但隨著業(yè)務增長，接入骨干網絡的用戶不斷增多，是重新鋪設線路，還是放棄客戶成為困擾運營商的一大難題?？梢岳么髿饧す鈧鬏敿夹g加以解決，使運營商高效解決用戶接入問題，促進業(yè)務的快速、有效開展。

2.2.4用于“最后一公里”連接方案

“最后一公里”連接方案也需要利用大氣激光通信技術，特別對于新建地區(qū)，由于基礎設施不甚完善，因而很難接入干線網絡，構建起用戶本地環(huán)路。該技術可以星狀網形式接入網絡，運營商僅需架設激光傳輸設備，即可連接空中無線網絡，在幾小時內打通“最后一公里”的連接。在該技術應用前，還需克服一些障礙。如激光鏈路視距傳輸會受到不良天氣的影響。

2.2.5用于災后系統(tǒng)恢復

洪水、地震等自然災害會摧毀各類通信設施，而大氣激光通信技術為通訊系統(tǒng)的應急連接提供了行之有效的解決方案。當移動控制中心、便攜設備構建起臨時通信系統(tǒng)時，其相互間需架設高效的傳輸系統(tǒng)，而微波、無線電通信技術因設備間距離較近，極易產生干擾，而大氣激光通信技術可在幾小時內安裝好，不會受到頻率、帶寬限制，因而應用優(yōu)勢顯著。

2.2.6用于閉路電視保安系統(tǒng)

大氣激光通信技術還常用于閉路電視保安系統(tǒng)之中，負責圖像、聲音等信號的直接傳輸，無需進行電纜線路架設，攝像安裝更加方便、靈活，可設置在以前難以實現(xiàn)的位置。較傳統(tǒng)方式而言，大氣激光通信系統(tǒng)優(yōu)越性多，不僅有助于削減開支，還可加快工程建設進度。為了促進大氣激光通信技術的深度應用，還需克服一些障礙。如激光鏈路視距傳輸容易受到不良天氣的影響而出現(xiàn)傳輸質量中斷、降低等情況。當然，最大的應用障礙在于使更多企業(yè)相信該技術傳輸的可靠性，并將通信設備交付使用，以提供快速、可靠與高寬帶的連接。

3結論

一言以蔽之，作為一種靈活、便捷的新興通信技術，大氣激光通信技術已經成為全球通信領域的一大熱點，其較其他通信技術而言具有顯著的應用優(yōu)勢，因此，可以將它與傳統(tǒng)通信方式有機結合構建通信網絡，以期在未來軍事、民用領域發(fā)揮更大的作用。當前，激光通信技術仍存在亟待攻克的問題，如編碼技術完善與APT系統(tǒng)高精度化，相信隨著該技術的進步和發(fā)展，大氣激光通信技術在國內將有更為廣闊的應用前景。

參考文獻

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作者：羅淋耀 單位：大同大學