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，利用該技術可實現多種通信協(xié)議的疊加，極易實現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，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。

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作者：羅淋耀 單位：大同大學