无线激光通信技术精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇无线激光通信技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词： FSO 无线光通信 ATP

1.前言

最初，在出现了激光器这一理想光源后，人们就是沿用无线通信的原理，利用大气作为传输通道，直接进行光通信的。但由于当时技术的限制，比如传输距离较短，受天气影响严重等问题的制约，其发展一直停滞不前。无线光通信凭借其特有的优越性，最近几年来，又受到国内外众多企业及运营商的普遍重视。

无线光通信，又称“自由空间光通信”FSO（FreeSpace Optical Communication）或“虚拟光纤”（VirtualFiber），是光在自由空间（大气，外太空或水）中直接进行通信的一种方式。

近年来，人们对通信的速率及容量的要求越来越高，现有的通信系统80%以上都采用的是光纤通信系统。但用户接入网的光纤化由于其费时费力，且成本高而发展受阻，而无线光通信由于其安装简单，费用低，而成为用户接入网“最后一公里”的最好的解决方案。另外，对于一些突发事件造成的通信中断，无线光通信也是一个非常好的应急方案。例如，美国“9.11”事件发生后部分地区的应急通信就采用了很多的无线光通信技术。最近几年国内外的许多企业都在无线光通信的技术上都有新突破，有的已经投入商用，比如美国朗讯公司的2.5×4Gb/s的波分复用系统，日本佳能公司的无线光通信系统等。笔者总结了这方面的技术，以便有更多的人才关注这一方面的技术。

2.工作原理

无线光通信是光纤通信和无线通信的结合，利用激光在自由空间内进行通信，可传输话音、视频等多种业务，其速率最高可达2.5Gb/s。一个完整的无线光通信系统主要由发射系统和接收系统两部分组成。其原理框图如图1所示。

发射系统主要由编码器、调制器、光源和发射天线组成。由于大气信道的不稳定，大气激光通信中的误码问题较为严重，所以利用编码器进行前项纠错处理，然后将信号送至光调制器，调制到一个由激光器产生的激光束上，利用发射天线发送，经过大气信道的传输，到达接收端。接收系统主要由接收天线、光检测器、解调器及译码器组成，其工作过程与发送过程相反。接收天线接收到信号后，经光检测器和调制器将其转换为相应电信号，最后经译码器输出。

接收光学天线的任务是将一定面积内的信号光会聚到光检测器上，目的是增大接收光信号的功率；发送光学天线的任务是压缩光束发散角，降低激光束在大气中传播时的发散损耗。一般来说，由于成本和维护的考虑，大气激光通信大都采用折射式光学天线。

3.无线光通信中常见问题及解决方案

（1）大气湍流的影响

大气湍流就是大气各点的密度不均匀的微小起伏，是由于地球表面的空气的不断对流引起的。密度的变动造成折射率的变化，激光束通过时，就会偏离原来的方向，发生不稳定的折射偏折，这种现象也叫做“大气抖动”。由于接收点固定不动，收到的光信号强度就会有起伏变化，带来强烈的干扰。

对于这个问题可以采用差错编码技术来控制其影响，目前采用Tubro码可以很好地改善大气湍流对接收光强的影响。如下图所示：Tubro码编码系统与未编码系统的性能比较。

（2）大气衰减的影响

激光器作为一种理想的光源，具有体积小、寿命长、调制方便，而且发射光束单色性好、方向好等特点。民用无线光通信系统主要选用的是半导体激光器。对于其工作波长，由于存在大气衰减，即因大气对光束的吸收和散射作用引起的信号能量减弱，又因为大气的散射作用与大气中微粒的数目和大小有关，而且对于不同波长的电磁波，大气的衰减作用也不同（如图3所示）。在图中，我们可以看到720nm―15000nm的光波在大气中的透射特性。显然，为了尽可能消除大气带来的损耗，通信波长应选择在大气“窗口”位置。大气激光通信一般采用的850nm、1550nm波长均位于大气透射的“窗口”中，因此透射率很高，大气损耗小。又因为目前光纤通信一般都选择1550nm波长，可用器件选择余地大，而且1550nm波长的光源在通信性能和人眼安全性上都有更好的表现，所以无线光通信一般选择工作波长为1550nm。

（3）建筑物晃动的影响

建筑物晃动将影响两个点之间的激光对准，其最大值可达4mard/2层楼。对于大气激光通信来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准（捕获）和保持（跟踪）至关重要。但在对准之后，在风力和其他因素的作用下，建筑物会有一些晃动，就必须要求链路两端设备必须具备自动跟踪的能力。

对于这种问题可以采用散光法和自动跟描技术又称（ATP技术）来解决。

所谓散光法就是让激光束以较大的角发送，这样到达接收端时光束就会形成一个很大的光锥。但是，若发射角太大，则通信距离和接收端信号的强度都会受到相应的影响。

高精确的捕获（Acquisition）、跟踪（Track-ing）和瞄准（Pointing）技术可以避免这个问题，所以已经成为无线激光通信中的关键技术。ATP系统主要包括两个子系统：

1）预对准系统：根据预先设定的通信方向，控制光束方向，使其能较为准确地对准光接收器。

2）跟踪系统：可分为粗跟踪系统和精跟踪系统，在不同视角/视场范围内捕获目标，并对目标跟踪，然后将目标控制在跟踪能够实现的范围内，始终使系统处于最佳接收位置。位置探测如下图4所示，较为常用的探测器有PSD、CCD和QD。粗跟踪系统常采用CCD来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构完成粗跟踪目标的捕获，其捕获范围可达±1°―±20°或更大。精跟踪系统通常采用四象限红外探测器QD或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配以相应的电子学伺服控制系统，其要求现场角为几百微弧度，跟踪精度为微弧度，跟踪灵敏度为微几mW。

4.结束语

无线光通信由于具有与多优点，比如无需申请频带许可证，组网方便，安全性好，抗干扰性好，故在一些应急场合、特殊场合，如高电磁干扰场合、不易布线的场合，还有一些军事部门的应用前情都非常好，在未来的通信市场有非常广阔的前景。

参考文献：

［1］王光晖辉，许国良，刑建斌，丁涛，张旭苹.无线光通信的关键技术研究.光通信技术，2005，5.

［2］何小梅，李晓峰，车雅良.大气湍流对近地无线光通信链路影响的研究.红外，2007，10.

［3］杨敏，朱林泉，张甲杰，姚叙红.无线激光通信技术.应用激光，2007，5.

篇2

关键词：无线光通信； 信道建模； 调制编码； 同步检测

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）09-1888-02

无线光通信（Wireless Optical Communication，WOC）是一种以光信号为载体，结合现代电信号处理技术，光信号处理技术，信号传输检测技术，光学器件设计制造技术，实现信息无线传输的现代通信技术[1]。较普通无线通信技术，具有通信速率高，抗干扰性强，保密性好，无电磁干扰，无需频率许可等众多优点，适用于目前业务数据需求量大幅提高，通信环境干扰强，安全保密性要求高，频率资源紧缺的商用和军用无线通信领域，受到国内外研究机构商业公司越来越广泛的关注[2]。

无线光通信按光信号频率波段可分为红外光，可见光和紫外光无线通信。按其使用领域可分为：空间无线光通信，主要研究以激光信号为载体的卫星间，星地间信息通信技术；大气无线光通信，主要研究光纤“最后一公里”接入技术，城市楼宇间无线通信技术和街道智能交通控制技术；水下无线光通信，主要研究潜艇，鱼雷水下无线通信技术；室内无线光通信，主要研究楼宇内定位导航，室内高速无线数据通信技术。

1 研究现状

美国、欧空局各成员国、日本等国都对卫星光通信技术极其重视，对空间光通信系统所涉及的激光器技术、调制技术、同步技术、检测技术等各项关键技术展开了全面深入的研究，完成了空间激光通信链路的概念研究，已实现了低轨卫星对同步卫星的低、中码速率激光通信实验和进行低轨卫星对地面站的激光通信实验。由于LED固体照明技术的发展和成本的降低，基于LED的大气室内无线光通信正成为国际热点研究课题[3]。

日本于2003年11月成立可见光通信联盟（Visible Light Communications Consortium， VLCC），研究基于LED的可见光通信技术及其相关标准，旨在确立光无线环境的整合性，强化日本在光技术领域的影响力，扩大可视光通信的利用领域和早日达到实用水平[4]。

IEEE 802.15无线个人局域网（Wireless Personal Area Network， WPAN）小组也于2009年1月成立了可见光通信研究组（Task Group 7， TG7），研究制定可见光通信系统物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）的协议标准。

德国西门子公司于2010年1月宣布在实验室实现数据传输速率高达500Mbps，通信距离为5M的近距离单一高亮度白光LED无线通信，比目前最高速度超出2.5倍，并预计将于2010年年内使用5个高亮度白光LED完成通信距离为10M，数据传输速率为100Mbps的较长距离无线通信[5]。

美国加州大学于2010年1月成立的光通信研究中心（Ubiquitous Communication by Light Center， UC-Light），也正致力于适用于城市室内照明，智能交通系统，广告等多个领域的下一代高亮度LED无线通信系统的研究。

国内无线光通信技术的研究现在正处于起步阶段，主要集中在基于激光的空间，大气无线光通信，还没有基于LED的大气，室内无线光通信方面的报道。现有比较成熟的单位有：桂林三十四所，中科院成都光电技术研究所，深圳飞通有限公司，上海光机所，北京大学量子电子学研究所，武汉大学激光通信实验室等。

桂林三十四所主要进行军品的研究，就现在推出的大气激光通信机样机也是在军品的基础上进行民用化改造完成的。它的样机在2001年2月由主管部门进行设计定型，现在已经有部分投入试用。它的产品的主要性能参数有以下一些，传输速率：8Mb/s，34Mb/s，155Mb/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4Km；光发射功率：小于40mW。

中科院成都光电技术研究所引进国外公司先进的激光器及其附属电路，利用自己在光学器件上的优势，开发出了工作波长为850nm，可以传输1公里、4 公里两种距离的两款产品。产品主要性能参数是，速率：10Mb/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4km；光发射功率：3～30mW。

上海光机所承担的“无线激光通信系统”项目在2003年1月13日通过了验收。该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能。其传输速率可以达到 622Mb/s，通信距离可以达到2Km，自动跟踪系统的跟踪精度为0.1mrad，响应时间为0.2s。

北京大学量子电子学研究所也已经开展了星际光通信系统和地面光通信系统的研究，研究原子滤光器对系统工作频段、系统性能和工作原理的影响，研究系统建立星际通信捕获、跟踪、瞄准过程。在原子滤光器的研究方面具有世界先进水平，所完成的卫星光链路采用原子滤光器的新方案新颖且具有更窄带宽和滤光能力。

哈尔滨工业大学（系统模拟和关键技术研究）、清华大学（精密结构终端和小卫星研究）、电子科技大学（侧重于APT技术研究）、华中科技大学、南京大学和广东工业大也均有相关的研究。

虽然现在国内已经有较多关于光无线通信技术的研究高校院所，但大都是基于激光信号的相关技术，还未有任何基于LED光信号的相关技术研究。基于激光的无线通信对光学器件要求较高，设备昂贵，成本较高，处于对人体健康，特别是眼睛安全的考虑，激光信号的功率一般受到严格的限制，只适用于一些特殊的通信场合。基于LED光的无线通信系统特别是基于可见光的无线通信系统，可以结合街道室内等照明系统，同时实现高速数据通信和人工照明[6]。同时LED器件发光效率高，节约能源，价格低廉，使用于照明系统时对人体健康安全无害，没有功率限制，是一种最具潜力的绿色现代高速信息通信技术[7]。

2 关键技术

无线光通信系统旨在实现一套基于激光和LED光的高数据传输率，高稳定安全保密的大气和室内无线通信系统，涉及现代电信号处理技术，光信号处理技术，信号传输检测技术，光学器件设计制造技术。研究的关键技术主要包括：

1）通信信道研究：主要研究通信信道的通信特性，包括噪声种类，来源，强度，特性，空间时间损耗，信道容量的分析和相应抑制技术的研究。无线光通信信道根据应用领域可分为大气通信信道和室内通信信道。大气通信信道主要有雨雪云雾等天气现象的光信号吸收传输衰减，大气湍流的闪烁，空气分子悬浮物等的散射，房屋树木的遮蔽，太阳路灯等自然人造光源的背景噪声，通信设备暗电流噪声量子噪声等干扰。室内通信信道较大气通信信道简单，主要有空气的吸收湍流，墙壁天花板以及桌椅等的吸收，反射，散射等现象，太阳光电视显示器等自然人造光源的背景噪声， 通信设备暗电流噪声量子噪声等干扰。

2）调制编码技术研究：主要研究基于光信号的高数据传输率，高稳定性，低误码率的调制解调，编解码技术。根据光源器件的特性，通信信道的特性研究设计适合光源器件的调制解调技术和符合光无线通信信道特性的高效高纠错率的编解码技术，以及调制编码结合的通信技术。

3）信号同步检测技术研究：主要研究光信号的同步，检测判决和噪声抑制技术。主要有扫描、对准、捕获技术，信号同步技术，信道噪声抑制技术，信号检测判决技术，信道估计均衡技术等。

4）通信器件设备研究设计：主要研究设计适用无线通信系统特性的设备元件。结合通信信道，调制编码技术，信号同步检测技术的研究结果设计相关的光源驱动电路元件，调制解调电路元件，编解码电路元件，光信号发射接收天线，接收滤波器等相关设备。

5）PHY层，MAC层等通信协议研究：主要研究设计适用于无线通信系统特性的PHY层，MAC层等通信协议。结合通信信道，调制编码技术，信号同步检测技术的研究结果设计制订通信设备间通信逻辑链路建立，码速率控制，通信帧结构，单双工通信，冲突检测，与光纤射频等通信设备的接口等PHY层，MAC层等通信协议标准。

6）网络拓扑及组网应用技术研究：主要研究多个通信设备间的网络拓扑结构，组网技术，与光纤射频等通信系统的组网交互技术。包括多个用户间的通信组网技术，高速光纤“最后一公里”无线接入技术，楼宇间街道间网络拓扑技术，楼宇内定位导航系统等应用技术。

3 总结

本文介绍了一种新型的基于激光和LED光的高数据传输率，高稳定安全保密的大气和室内无线通信系统，具有通信速率高，抗干扰性强，保密性好，无电磁干扰，无需频率许可等众多优点。在对比分析了以美国、日本、欧洲为代表的国外研究现状和国内研究进展基础上，分析说明了无线光通信包括信道建模技术、调制编码技术、同步检测技术、器件设计等多项关键技术，及其研究方向。

参考文献：

[1] Rust I C， Asada H H.A dual-use visible light approach to integrated communication and localization of underwater robots with application to non-destructive nuclear reactor inspection[J].in Proc. Robotics and Automation （ICRA）， 2012 IEEE International Conference on 2012：2445-2450.

[2] Perez-Jimenez R， Rufo J， Quintana C， et al.Visible light communication systems for passenger in-flight data networking[J].in Proc. Consumer Electronics （ICCE）， 2011 IEEE International Conference on 2011：445-446.

[3] Borogovac T， Rahaim M B， Tuganbayeva M， et al.visible light communications[J].in Proc. GLOBECOM Workshops （GC Wkshps）， 2011 IEEE 2011：797-801.

[4] Komiyama T， Kobayashi K， Watanabe K， et al.Study of visible light communication system using RGB LED lights，" in Proc. SICE Annual Conference （SICE）， 2011 Proceedings of 2011：1926-1928.

[5] Rufo J， Rabadan J， Delgado F， et al.Experimental evaluation of video transmission through LED illumination devices[J].Consumer Electronics， IEEE Transactions on， 2010，56（3）：1411-1416.

篇3

【关键字】 飞行试验 无线光通信 遥测

随着我国航空工业的发展，各种新型号飞机的机载系统发展突飞猛进，这样对试飞测试提出了更高的要求，测试参数和种类的增多直接导致数据量的膨胀，同时也对遥测系统形成考验。传统遥测链路使用的是视距微波通信技术，可靠的数据传输速率在几到几十兆比特每秒量级。显然，传统遥测链路所能承载的数据量和数据种类很有限，随着试飞需求的增加，这将成为未来遥测方案设计的瓶颈，尤其针对高清视频等高速率信号传输，带宽不足的问题会更为突显。

为解决以上问题，本文旨在探索将无线光通信技术应用行试验中。无线光通信技术以光波为载频传输信息，相比于微波技术传输容量大的多，远距离传输可达Gbps级，将会给飞行试验遥测提供极大的灵活性，并且还具有高度保密，无需频谱牌照等先天优势。

一、机载光通信技术

1.1 机载无线光通信技术应用案例

国外科学家很早之前就开始对机载光通信系统进行研究，并且做了丰富的试验。

1980年在美国新墨西哥白沙导弹靶场进行飞机与地面之间的激光通信试验，试验持续三个月，总计工作200小时，激光通信设备安装在USAF-KC-135飞机上，围绕地面站飞行，相距10～100km之间，完成了用窄光束进行激光光束捕获/跟踪，对准试验认证，实现下行1000Mbps，上行200kbps的信息传输。

1996年12月美国Thermo Trex公司在San Diego进行了飞机-地面站远距离的激光通信试验。机上的APT系统，粗跟踪万向支架水平可在±180°、垂直+10°～-90°范围内转动，信标光束散角为2mrad，信号光束散角为100urad。

1.2 机载无线光通信技术简介

机载光通信技术是以飞机为平台，进行空-地或空-天无线光通信。如图1.1为机载无线光通信系统上行通信原理框图。

地面站一般是可移动式车载光端机及处理系统，根据飞行计划在地面选取合适的区域驻扎。

信标光用来进行光端机之间的光束捕获，即粗跟踪，这项技术在大致方位（一般用全球卫星定位系统（GPS）系统引导到初始位置）扫描另一端光端机的信标光从而实现光束捕获，将接收到的光信号引导到定位探测器上进行精跟踪，最后调整收发端，使光束对准。

位置误差模块为位置探测器，可以探测出光信号光斑投射到其检测面的位置，根据既定规则得出的特定位置误差传送给计算机处理，进而控制粗跟踪系统和精跟踪系统进行方位矫正，实现光束对准。

二、飞行试验中应用无线光通信技术的探讨

2.1 飞行试验中的无线光通信技术

在飞行试验中应用无线光通信系统的基本结构如图2.1所示，采集器所采集到的全部或所有需实时监控的数据都可以和记录器输出的视频数据或总线数据合路后，经过电光调制，直接通过机载无线光通信系统光端机下发给地面站。地面站将接收到的光信号经过光电转换还原，解复用各路数据流以待后续处理分析。该系统还具有上行传输能力，可以远程控制整个试飞测试系统，实现遥控遥测能力。

因为无线光通信系统的传输速率很高，应对目前飞行试验遥测的强度绰绰有余，未来的飞机系统复杂，机载系统集成度以及交换信息量会越拉越大，再加上飞机航电系统的飞速发展，在未来飞行试验中有必要加大试飞实时监控的力度，无线光通信技术应由其发展的一席之地。

2.2 飞行试验中无线光通信技术的发展方向

飞行试验遥测系统引入无线光通信技术将有效缓解及应对未来遥测数据量的增加，后期此项技术还可以继续演进。

1）微波/无线光通信复合式遥测技术

微波与光波可分别应对不同的气候状况，若将微波技术与无线光通信技术结合使用，互为冗余，那么可靠性将极大的提高，确保遥测数据可靠下传。

2）全光无线光通信技术

本文介绍的无线光通信系统整体为电-光-电类型，这种架构为系统扩容的瓶颈。所以本系统一个演进方向为全光型无线光通信系统，光信号由光纤放大器放大后直接由光纤发射，通过光学天线的整形准直发射出去，接收端由光学天线直接将光束耦合进入光纤继续传输。这样，无线光通信即可称为真正的“虚拟光纤”，可协议透明的传输的光信号。并且波分复用技术，可以使系统容量成倍的增加，不同种类的信号可以调制到不同波长上同时传输。

篇4

【关键词】ZigBee；单兵激光模拟训练系统

1.引言

随着激光技术的发展，其在军事训练器材中的应用，发挥着越来越重要的作用。单兵激光模拟训练系统采用以光代弹的原理，结合声光效果，可逼真的模拟实际战场环境的实兵对抗，是和平时期部队训练和青少年展开野外拓展对抗游戏的有效器材之一。

单兵激光模拟训练系统主要由头盔、背带和激光发射机等3个部件组成。头盔具有激光接收和发烟控制功能；背带具有激光接收、毁伤模型计算以及与导控主台无线数据通信功能；发射机用于激光发射控制。3个部件之间实时可靠的数据通信是系统正常工作的基础。本文主要研究利用ZigBee无线通信技术实现单兵激光模拟训练系统各部件之间的数据交互。

2.硬件结构

背带与头盔、发射机之间采用点对多点的通信方式。背带、头盔和发射机均内嵌ZigBee通信单元（图1），通信单元由ARM主控芯片、ZigBee射频无线收发芯片和2.4GHz天线组成。

通信芯片选用TEXAS INSTRUMENTS公司的CC2420 ZigBee射频无线收发器。芯片的主要技术特点如下：

射频单片无线收发芯片，带有基带调制解调器，并对MAC（介质访问层）层提供支持；

直接序列扩频的基带调制解调器，其码片速率可到2MChips/s，有效数据传输率达250kb/s；

电流耗损非常低（RX：18.8mA，TX：17.4mA）；

输出功率可以通过编程来改变；

不需要额外的RF开关和滤波器；

两个（发送缓冲区和接收缓冲区）128Byte的数据缓冲区；

硬件实现MAC加密（AES-128）；

48脚的QLP封装，7*7mm。

CC2420芯片与ARM主控芯片之间采用SPI总线进行数据通信。FIFOP脚接ARM芯片的外部中断脚，当CC2420芯片接收到有效数据后，该引脚置高，ARM芯片产生中断，进行接收数据处理。RESTEn脚接ARM芯片的输出脚，用于对CC2420芯片的复位。

CC2420芯片的射频输入/输出是差分和高阻抗的，射频端口最适宜的差分负载值阻抗为115+j180Ω。单兵激光模拟训练系统中使用的天线为2.4GHz的单极天线，因此必须使用非平衡变压器来增强其性能。图2所示的射频输入/输出电路由一个半波传送天线、C3、L1、L2和L3构成，半波传送天线直接设计在印制板上，与电路匹配的天线阻抗为50Ω。

3.软件设计

单兵激光模拟训练系统中最多同时工作的单兵激光模拟器数量可达数千套；每套单兵激光模拟器的背带与头盔、发射机之间采用点对多点的通信方式，背带为中心节点，头盔和发射机为子节点；各单兵激光模拟器相互之间不能出现数据串扰。因此整个系统可以看作由几千个独立的微型通信系统构成。

由于ZigBee的IEEE地址有8个字节，因此有足够的容量可以满足单兵激光模拟训练系统对地址唯一性的要求。

3.1 数据帧格式

通信数据帧采用IEEE 802.15.4通用MAC帧格式，格式见图3。

1）帧控制域：帧控制域长度为16位，包括定义帧类型、加密、应答、目的地址模式和源地址模式等。

本应用中帧控制域的定义如下：帧类型为数据帧（001）；加密禁止（0）；应答允许（1）；目的地址模式为64位IEEE地址（11）；源地址为64位IEEE地址（11）。

2）序列号域：在每个帧中都包含序列号域，其长度为1个字节。每发送一个新的帧序列号，值加1。

3）目的PAN标识域：目的PAN标识域长度为2个字节。由于本应用中未使用个人局域网，该值固定为0x0001。

4）IEEE目的地址域：IEEE目的地址域长度为8个字节。该地址为数据帧的目标地址。

在单兵激光模拟训练系统中每个头盔、背带、发射机的IEEE地址均被设置唯一的。通过配置CC2420芯片的MDMCTRL0（0x11）寄存器的ADR_DECODE位，可以打开CC2420芯片的硬件地址解码功能，CC2420芯片可以只接收目的地址与本机地址相同的数据帧。

5）源PAN标识域：源PAN标识域长度为2个字节。由于本应用中未使用个人局域网，该值固定为0x0001。

6）IEEE源地址域：IEEE源地址域长度为8个字节。该地址为数据帧的源地址。

3.2 通信数据流程

单兵激光模拟器的背带、头盔和发射机的IEEE地址均分别预先写入各自的ARM主控芯片，在初始化时写入CC2420芯片的内部寄存器。CC2420芯片的初始化程序流程图见图4。

背带作为主节点，与其配套的头盔和发射机的地址预先保存至背带的ARM主控芯片中。单兵激光模拟器运行后，背带首先向头盔和发射机发射设置指令，头盔和发射机的ARM主控芯片接收到数据包后，首先将数据包中背带的64位IEEE地址保存至内存中，然后用该地址向背带回复应答数据包。

背带与头盔、发射机之间的数据通信采用应答方式，流程见图5。

4.结论

该通信技术已在单兵激光模拟训练系统中进行了实际应用，取得了很好的通信效果。经实测单兵激光模拟器3个部件之间的通信时延小于100ms；30m范围内200套单兵模拟器同时工作，相互之间不会出现通信串扰。

参考文献

[1]IEEE Std 802.15.4?-2003，IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systemsLocal and metropolitan area networks-Specific requirements Part 15.4：Wireless Medium AccessControl（MAC）and Physical Layer（PHY）Specifications for Low-Rate WirelessPersonal Area Networks（LR-WPANs），IEEE Published by The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.3 Park Avenue，New York，NY 10016-5997，USA.

[2]王晓海.国外空间激光通信系统技术最新进展[J].电信快报，2006（7）：16-21.

篇5

1.1激光通信技术的基本原理分析

新技术的发展推动了社会文明的进步，当前的激光通信技术已在诸多的领域得到了应用，激光通信技术主要就是以大气或者是自由空间作为媒介，然后通过载波激光在大气中传输有效的信息。也就是先将声音信号调制到激光束上，再将信号的激光发送出去。根据不同的应用范围能够将激光通信分为无线和光纤两种类型的激光通信[1]。

1.2激光通信技术的主要特征分析

激光通信技术自身有限鲜明的特点，激光通信技术在安装方面较为简单，在地形地貌等应用上的适应性比较强。能够对各种临时性的通信以及迅速抢险通信等条件得到满足。和微波通信相比较而言激光通信在空间上的占有资源也相对比较小。并且在抗电磁干扰以及保密性方面都比较强，这些优点使其在实际的应用上比较广泛，在未来的发展过程中这也是一个必然的趋势。

2激光通信技术在实际生活中的应用及前景展望

2.1激光通信技术在实际生活中的应用分析

在激光通信技术的实际应用是多方面的，无线激光通信主要是综合了光纤通信以及微波通信的优点，所以在城域网当中的应用就比较适合。在企事业当中的内部网的连接当中能够得到有效应用，校园网以及大型的企业等内部网的建设过程中，有时会存在着急需连接使用通信的情况，在一定的程度上激光通信技术是光纤技术的一种补充，在城市化的发展速度不断加快过程中，楼寓间的通信和移动间的通信倘若是利用光纤就比较的麻烦，并且还会影响城市外观环境，在通信盲区情况下通常是采用光纤直放站加以应对，这样就能够将光纤和激光通信技术两者得到补充应用，从而形成两个基站间的链路。另外，将激光通信技术在移动通信当中进行应用也能够起到很好的效果。在现阶段我国的通信领域当中，最为活跃以及发展最为快速的就是移动通信。在移动电话使用量不断上升的情况下，这给无线网络的容量和带宽提出了更高的要求，怎样能够将有限的资源得到充分利用，这也是当前的移动运营商所面临的重大课题。

激光通信技术作为一种新型的接入技术，其自身有着显著的优点，这也为移动通信领域对其的应用提供了良好的条件。在具体的应用过程中，主要就是将主干网在最近距离的天线间采取光纤进行对其连接，然后通过协议转换器通过相应的设备和天线得到有效连接，这样在一定距离内就能够形成一个有效的基站，进而就能够在这一技术的作用下实现应用。再者就是在高压电工作过区当中的应用，在这一应用当中的作用主要就是采集以及传输信息，在实际工程应用过程中将供电站的变压器工作数据传输到低压区加以检测，倘若是通过光纤进行实施就会造成环境的污染以及表面聚集尘土而发生导电情况发生。所以在这一情况下，通过激光通信技术就比较优越，能够通过空气隔离的方法绝缘，这样就能够实现安全可靠对数据进行传输[3]。在具体的应用步骤上主要就是把光发射天线安装在高压区，接收天线安装在低压区，这样就可以通过高压发射天线在空气的媒介下传递给低压的接收天线，这样就实现了信息数据的传输。

2.2激光通信技术的发展前景展望

随着我国的科学技术不断的发展，激光通信技术在应用的空间上也会逐渐的扩大，不管是在应用的领域还是研究的领域都将会取得更加优异的成果。在将来的激光通信技术的发展前景方面，激光通信技术的应用将更加广泛，这也是通过这一技术自身的优势决定的。其中对远距离的无线传输问题得到了解决，并实现了卫星技术和激光通信技术的共相发展，这些对位激光通信技术的进一步发展打下了坚实基础。在激光通信技术的不断完善过程中，这一技术将会成为城市网络通信的一个重要手段。以往的光纤技术的应用过程中，为人们的生活提供了很大的方便，但社会的进步不能停留于这一层面，尤其是当前的城镇化建设的速率加快，光纤技术在实际的应用上已经显得愈来愈存在着不足。而激光通信技术避免了影响交通、建筑等弊端，并对环境没有危害，在安全性能上相对较高，所以在将来的技术不断完善下，激光通信技术将会取代光纤技术，为城市的网络化建设提供技术上的重要支持。与此同时，激光通信技术的不断发展完善，将会在通信的领域范围内带来一场技术上的变革。在通信的领域当中，一些新技术的涌现，将会对通信产业的发展产生很大的影响，从而推动其变革，使得技术上的革新成为是通信领域发展的一个主流。最终，愈来愈多的通信技术的涌现，将会对通信领域的发展在技术上得到强有力的保障。

3结语

篇6

【关键词】激光通信技术 发展前景 应用

当前的电信体制的改革过程中，对一些先进的技术有了应用，从而将实际的工作效率得到了有效提升，激光通信技术在主要就是通过激光在大气信道当中的点对点数据的传输，来实现信息传输功能的。在这一发展背景下加强激光通信技术的理论研究就有着实质性意义。

一、激光通信技术的优势及主要特征分析

1.1 激光通信技术的优势分析

激光通信技术在当前的广泛应用主要是基于其自身的技术优势，这些优势主要体现在通信的安全保密，由于激光的直线定向传播方式，使得其自身发射的光束比较狭窄有着较好的方向性，所以在实际的数据信息传递过程中就有着较强的保密性，除非是在链路上被截断，除此之外数据不会被泄露。还有就是这一通信技术能够不需授权执照，设备间无射频信号干扰，并且在实施的成本层面较为低廉，从造价上来看是光纤通信工程的1/5左右。不仅如此，最为重要的就是建网的速度相对较快只需要进行在通信点上实施设备安装即可，并且在协议的透明性方面较好设备的尺寸小。

1.2 激光通信技术的主要特征分析

激光通信技术自身有着鲜明的特征，将激光通信和微波通信相比较而言，对无线电频率资源不会占用，并且有着较好的电磁兼容性，在抗干扰能够上也比较强。不会对人体造成危害，另外就是在通信的品质上较好，传输的带宽较大。激光通信技术通过小功率红外激光束或者是脉冲作为信道，然后在空间直接传送分组数据，再进行数据语音以及图像信息双向传送，在实际的选择性以及灵敏度方面都相对较强。

二、激光通信技术的发展前景及应用

1、激光通信技术的发展前景分析。我国的科学技术不断进步过程中，激光通信技术在今后的发展前景也将会比较广阔，激光通信技术在长时间的发展中取得了较好的成果，其在传输的远距离问题上得到了解决，并且节省了大量的通信成本，实现了和卫星技术共同发展的目标。但激光通信技术在发展中也有着一定的问题，最为重要的就是激光通信技术的发射接收的设备相对比较复杂，并且需要独立的场所放置，在安装维护的难度上相对较大。从当前的实际解决的策略来看，主要是将光纤网络与之相结合，并且对通信设备的安装维护不足问题得到了有效弥补。激光通信技术在今后的发展中，将在城市网络通信方面成为主要的应用技术，在激光通信技术的进一步发展优化过程中，其技术的优点将会得到进一步的突出。未来的发展过程中，通信技术和卫星技术的结合度将会更加的紧密，由于光纤通信技术自身的局限性，在城市网络通信中的应用汇有着诸多的不足，在这一情况下激光通信技术就会为城市通信提供重要的技术依据，从而有效的保证城市网络通信传输速率以及带宽的有效增长。

2、激光通信技术的应用。激光通信技术在实际生活当中也有着比较广泛的应用，其中在企业的内部网互联上的应用作用就比较突出，企业的局域网在各网段通常会被大楼建筑或者是道路阻断，而FS0设备的安装就比较适合应对这～问题，从而实现企业内各局域网段的互联，并能够有效的解决大楼间的复杂地貌所带来的挖沟布线的难题。另外在临时的通信以及应急抢通的场合也能得到实际的应用，在电视现场直播高质量数字图像信号过程中，采取的微波信号会受到一些因素的干扰，所以在紧急的情况下能够通过FSO加以应用，从而在抗干扰的能力上能够得到有效加强，并且还有着较大的带宽容量。对一些紧急的事故发生时需要通信，对于光缆的抢通就比较花费时间，并且在效率上也得不到有效提升，虽然微波的应用能够比较迅速，但随着通信业务的增加对实际的需求也得不到有效满足，所以通过激光通信技术不仅在效率上能够得到有效提升，同时在带宽上也能满足实际的需求。将激光通信技术在高压电的工作去数据采集以及传输方面的应用也能够得到效率上的提高，在具体的应用过程中，通过将光发射天线安装在高压区，光接收天线安装在低压区，对其数据的采集主要是通过数据在光传播中加以传输，然后再经过光接收天线对数据进行接收，在整个传输的过程中不会受到干扰，所以这就加强了实际的工作效率。

篇7

1、激光通信技术的发展前景分析。

我国的科学技术不断进步过程中，激光通信技术在今后的发展前景也将会比较广阔，激光通信技术在长时间的发展中取得了较好的成果，其在传输的远距离问题上得到了解决，并且节省了大量的通信成本，实现了和卫星技术共同发展的目标。但激光通信技术在发展中也有着一定的问题，最为重要的就是激光通信技术的发射接收的设备相对比较复杂，并且需要独立的场所放置，在安装维护的难度上相对较大。从当前的实际解决的策略来看，主要是将光纤网络与之相结合，并且对通信设备的安装维护不足问题得到了有效弥补。激光通信技术在今后的发展中，将在城市网络通信方面成为主要的应用技术，在激光通信技术的进一步发展优化过程中，其技术的优点将会得到进一步的突出。未来的发展过程中，通信技术和卫星技术的结合度将会更加的紧密，由于光纤通信技术自身的局限性，在城市网络通信中的应用汇有着诸多的不足，在这一情况下激光通信技术就会为城市通信提供重要的技术依据，从而有效的保证城市网络通信传输速率以及带宽的有效增长。

2、激光通信技术的应用。

激光通信技术在实际生活当中也有着比较广泛的应用，其中在企业的内部网互联上的应用作用就比较突出，企业的局域网在各网段通常会被大楼建筑或者是道路阻断，而FSO设备的安装就比较适合应对这一问题，从而实现企业内各局域网段的互联，并能够有效的解决大楼间的复杂地貌所带来的挖沟布线的难题。另外在临时的通信以及应急抢通的场合也能得到实际的应用，在电视现场直播高质量数字图像信号过程中，采取的微波信号会受到一些因素的干扰，所以在紧急的情况下能够通过FSO加以应用，从而在抗干扰的能力上能够得到有效加强，并且还有着较大的带宽容量。对一些紧急的事故发生时需要通信，对于光缆的抢通就比较花费时间，并且在效率上也得不到有效提升，虽然微波的应用能够比较迅速，但随着通信业务的增加对实际的需求也得不到有效满足，所以通过激光通信技术不仅在效率上能够得到有效提升，同时在带宽上也能满足实际的需求。将激光通信技术在高压电的工作去数据采集以及传输方面的应用也能够得到效率上的提高，在具体的应用过程中，通过将光发射天线安装在高压区，光接收天线安装在低压区，对其数据的采集主要是通过数据在光传播中加以传输，然后再经过光接收天线对数据进行接收，在整个传输的过程中不会受到干扰，所以这就加强了实际的工作效率。

二、结语

篇8

[关键词]激光大气通信；图像压缩；离散余弦变换；光电/电光转换；串口通信；

中图分类号：T7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0224-01

1 该激光大气通信系统设计基本思路：

先从键盘输入要发送的文字或通过调用摄像头采集图像或选中要发送的文件，然后将采集到的图像或文字信息或文件进行数字化，发送端将信号叠加在激光器的输出载波上，接收端通过光敏三极管将接收到的光信号转换为电信号，编写的相应的应有程序将接收到的信息进行整合，最后还原出原图像或文字信息。

采集图片信息，通过自编的图片处理程序将采集到的信息进行数据压缩和编码，驱动激光器发送数据；利用激光接收电路将接收到的光信号转化成电信号，图片接收程序对其进行相应的解码和解压，便得到采集到的图片。

2 该激光大气通信系统的组成

该系统由硬件和软件两部分组成。软件部分是利用Qt进行图形用户界面的编程。Qt是一个跨平台的C++应用程序开发框架。广泛用于开发GUI程序，这种情况下又被称为部件工具箱。也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。

硬件部分由两台计算机、USB转TTL器件，激光发射机、光电三极管组成 。两台计算机中，一台用作信源、一台用作信宿。

如图所示，图1、图2分别为该激光大气通信系统的发射系统和接受系统的基本框图。

3 该激光大气通信系统的各个部分的功能

软件部分：

Qt：调用微软的库函数，如：调用获取摄像头的库函数、调用串口通信的库函数等等，对用摄像头获取的图片进行压缩编码。由于获取的图片是彩色图像，故先将其变为灰度图像，即图像数据压缩为原来的三分之一；然后再对灰度图像进行离散余弦变换，进一步的压缩，压缩为灰度图像的九分之一，即最后总共压缩为原来的二十七分之一。然后将数据传到串口中，等待通信。在信宿计算机中，Qt主要负责将信号解压，还原。

硬件部分：

信源计算机：获取从键盘输入要发送的文字或通过调用摄像头采集的图像信号。

USB转TTL部件：进行电平转换，同时便于将信号发射出去。

激光发射器：有效地将电信号转变为光信号，数字0使三极管截止，激光器不亮；数字1使三极管导通，激光器亮；从而“灭”代表信号0，“亮”代表信号1；进而有效地将信号发射出去。

光电三极管：作为接收器，将光信号转变为相应的电信号。

滤波电路：阻低通高，一般为4.7uF的电容。

信宿计算机：将接收到的图片或文字数字信号，进行解压、恢复、显示。

4 该激光大气通信系统的特点

4.1 创新点

1、不间断校验通讯

2系统回路简单，容易实现

3、图片采集处理程序

4、激光发送接收装置

一般的激光通信系统：发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线。接受部分主要有光学接受天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接受天线将激光信号接受下来，并送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。而该系统不需要光调制器、光学发射天线、光学接受天线、光探测器等等，大大节省了成本；同时，该系统的图片采集处理程序设计比较巧妙，执行效率比较高；该系统还运用了CRC循环冗余检验技术，可以达到不间断校验通讯的目的，更加保证了通讯的安全性。

4.2 技术关键

1、CRC循环冗余校验

2、图片采集及处理的软件设计与编程

3、激光发射驱动电路设计

4、电平转换电路设计

5、光电转换电路设计

6、信息解码及图片恢复程序设计

5 该激光大气通信系统的科学性先进性

科学性：

1、循环冗余检查（CRC）：一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。这种技术常在计算机网络中应用。

2、图片采集处理：图片处理程序调用摄像头来采集图片信息，再对图片信息进行压缩编码处理，后将信息编码分段传送，利用波特率控制传送的速率，在端口处将其发送。

3、电平转换电路将不同电气特性的接口连接起来。

4、激光发射电路静态点在微导通状态，以减小因管子导通电压引起的延时。

先进性：

1、该激光大气通信系统装置结构轻便，设备经济，比一般的激光大气通信系统更加精简、方便、实惠，并且性能更加可靠。

2、该激光大气通信系统采用CRC循环冗余检验技术，不间断校验通讯，因此，正确率比一般的激光大气通信系统的正确率更高，保密性更强，可以运用在需要严格保密环境中的信息传输。

6 激光大气通信的发展前景

1、未来的通信技术将会越来越多的用到卫星技术，仅仅依靠光纤网络技术难以实现通信技术的发展目标。因此，激光通信技术将成为通信领域发展的必要技术之一。

2、激光大气通信能跨越障碍，解决跨山沟、海峡、河流、湖泊等复杂地貌带来的挖沟布线难题；

3、激光大气通信将在应急或临时通信传输方面先出巨大优势。如在救灾、大型集会活动、野外的临时工作场所或地震等突发事件方面，作为一种临时的通信连接等等。

4、激光通信技术在未来的发展中，将会影响通信领域的发展，使通信领域诞生出更多的新技术，提升通信领域发展实力的同时，保证通信领域的发展拥有技术保障。所以，激光通信技术将会带动通信领域新一轮的技术革新。

参考文献

[1] 陈钰清.激光原理（第二版）.浙江大学出版社.2000，09.

[2] 朱振，陈凌，自由空间光通信技术，无线光通信技术，2003，1.

[3] 邹自立，悄然复兴的激光大气通信技术，光通信技术，1997，21.

[4] 谭浩强.C语言程序设计（第四版）.清华大学出版社，2010.6.

篇9

关键字：FSO、Iub接口、传输网络、大气信道

中图分类号：C39

一、 引言

自由空间激光通信FSO（Free Space Optical Communication）也被称作无线激光通信或大气激光通信。是指利用红外激光束承载信号，光波在以大气为传输媒介中进行传播的通信方式。WCDMA网络中RNC与Node B之间经过Iub接口进行连接。在无法跨越障碍，或是没有光纤线路保障的情况下而微波设备又满足不了Iub接口带宽的要求。利用拥有高带宽、架设迅速、透明传输等特点的FSO可以胜任传输接入的基站互联、大容量数据回传和传输网络成环保护。

二 、FSO简介

1. FSO原理

FSO是由激光通信机组成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号，接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。图1是FSO通信机的基本组成框图。大气激光通信机有信号源、光发射模块、光接收模块三个部分构成。光发射模块包括调制电路、半导体激光器、功率驱动电路、光发射天线及其对准装置；光接收模块由光接收天线、光学滤波器、光电探测器、放大器、解调制电路等构成。其工作过程为：功率驱动电路驱动激光器发光，把电信号变为光信号，经过发射天线发射出去，光波通过大气进行传输，探测器探测接收天线接收到微弱的光信号，把光信号变为电信号，电信号经过放大器放大后，被解调制电路解调变为原始信号，从而实现了数据的传输。

图1 FSO的基本模型

大气激光通信工作波长：850nm和1550nm。输出功率在20dbm左右，在不同的天气状况下传输损耗不同，晴朗天气最佳，传输损耗对雪是 3～10 dB/km，对雨是 10～20 dB/km，对雾是30～50 dB/km。不同波长的激光在大气中的吸收衰减也不同。传输距离由几十米到十几公里不等，最高通信速度可达2.5Gbps。大气激光通信在1KM之内有着稳定的性能和广泛的应用。

由于FSO探测器主要是SI材料的，峰值响应在850nm左右，目前FSO主要采用785-900nm红外激光波长的光波进行传送。由于调制速率与探测器匹配等问题，二氧化碳激光器无法运用其中，相信不久的将来随着技术的发展，更适宜在大气中传播的10um光波的应用，FSO在雨雾中将有更强的穿透能力，传输距离更远。

2. FSO特点

作为一种新兴的通信方式，大气激光通信相比于微波通信和光纤通信等其它通信方式具有以下的优势：

（1） 大气激光通信具有良好的保密性。由于FSO技术特点为点对点视距通信，倘若信息被截取，同时受端失去信号，发现异常。

（2） 不需要微波频段许可证，FSO不占用无线电频谱资源，且信号间没有干扰。尤其在微波频段日益紧缺的情况下，这点显得意义重大。

（3） 架设迅速，这点对于应急通信是很重要的。FSO质量轻，安装方便，在2-4小时之内就可架设使用。

（4） 透明传输协议且传输能力大，FSO支持155Mbps-2.5Gbps传输距离在1-4Km之内，在应用中基本等同于光纤通信。

无线大气激光通信的不足

无线大气激光通信也存在一些技术特性本身所决定的弱点：

（1） 在恶劣的环境下适应能力差，通信距离有限

这是因为激光在大气中衰减严重，尤其遇到大雾天气，甚至无法接通。由于激光具有光的直线传播的特性，因此无线大气激光通信只能在视距范围内实现，通信距离不如传统的微波无线通信。建议在带宽条件允许下在信号调制后加入纠错码提升系统性能。

（2） 瞄准困难

FSO能够在大气中进行传输，激光的校准和捕获至关重要，激光在大气中传输人眼看不见，这就使接收天线不易把握方位，瞄准困难。一般的无线大气激光通信系统的发射天线都设在大楼上，大风或者轻微的地震都会使天线产生晃动，造成光路的偏移，不易瞄准。随着APT（自动跟踪扫描系统）技术的研究和引入和GPS瞄准方法的应用，FSO的跟踪瞄准得到改善。

（3） 不能越过障碍物，影响应用范围

FSO是一种视距通信技术。由于激光不能穿过有形物体，例如建筑物、树木等障碍物，所以无线大气激光通信要求在发射端和接收端之间不能有阻碍光路的障碍物，否则会造成通信质量下降或者无法通信。

综上特点，FSO不仅对传输业务有要求而且对环境也有严格的要求，只有对FSO特点有充分的认识了解才能发挥出FSO独特的应用优势。

3. FSO组网

FSO 可以认定为有限速、短距离传送的光纤。组网的时候要充分考虑链路的速率要求。目前850nm、1310nm和1550nm波长信号均可通过FSO设备转换后进行传送。FSO上联速率不能超过FSO本身设备速率。FSO组建点到点传输。

三 、WCDMA网络Iub接口传输特点

3G网络在目前已经逐渐发展成熟，网络覆盖逐渐加大。由2G网络发展至3G网络，传输系统发生了很大的变化，传统的SDH设备和微波（RF）传输设备已经满足不了网络的发展要求。

1. 以SDH为基础的传输网络向MSTP网络的转变

MSTP（Multi-Service Transmission Platform）（基于SDH 的多业务传送平台）是指，基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。以承载话音为主要目的的SDH设备容量和接口能力都无法满足业务传输汇聚的要求。MSTP的引入使得不断增长的数据、图像视频等业务的接入更加便捷，由于通信发展对业务传送环境的变化MSTP得到迅速的普及。

2. Node B基站对接入层传输网络的要求

基站接入层传输网络定位在地市城域网和市县级本地网。基站接入层直面RNC到Node B之间的传输网络。接入层的网络拓扑为环形+链型，环/链的结构与基站地理位置、话务量、带宽需求和接入基站数量等相关。WCDMA演讲中R99和R4采用以ATM信元模式承载移动业务，R5、R6考虑到ATM和IP承载模式的兼容，能够支持TDM、ATM和IP处理的MSTP必然是WCDMA网络基础传输平台的最主要的实现方式。相比于2G网络RNC比MSC更佳集中，容量更大。相应的Node B相比于BTS离基站控制器距离更远。

3GPP协议体系中始终保持电路域和分组域双栈方式进行传输，电路域依旧采用E1承载，E1上承载的业务可以是ATM，也可以是IP；由于HSDPA不断提速，最高可达14.4M，NodeB需要大量E1口，管理和维护难度加大；FE承载分组域，简化NodeB出口数量，也方便带宽提速Node B基站对带宽的要求，当载频全部配置为语音时总带宽最小，一般为3-5*E1载频全部配置为数据时，总带宽最大为10-20*E1。当R5引进HSDPA后对传输要求更高。

HSDPA传输带宽，利用Iub传输带宽公式进行计算。

Iub传输带宽 = （R *Y *N） / （E * PA）

R： 用户平均速率；Y： 小区同时在线数；N： 基站包含的小区数；E： Iub接口传输效率系数， 取值0.6；PA： 传输峰均比，可以取值1.3-2.5 。

以3×1小区为例：

每小区分配5个HSDPA码字，粗略估计，需要的Iub传输带宽将达到（3.6*3） / （0.6*1.3）=13.8M，若采用E1，将需要7个目前终端最多只支持5个HSDPA码字，在相当长时间内，这个速率都能满足终端使用考虑到HSDPA和话音混合承载，一般3载扇基站最多需要6～8个E1，如果仅支持话音，1～2×E1就够了。

基站设备采用E1+FE接口完成3G业务的传送，基站语音采用3-5*E1，采用10-20E1绑定FE端口传送数据业务。Iub接口为RNC和Node B连接接口，RNC与Node B通道化接口采用STM-1＼STM-4光路端口，业务侧采用E1+FE接口。

在无法跨越障碍，或是没有光纤线路保障的情况下而微波设备又满足不了Iub接口带宽的要求。利用拥有高带宽、架设迅速、透明传输等特点的FSO可以胜任传输接入的基站互联、大容量数据回传和传输网络成环保护。如表1，光纤、微波（RF）和FSO三者传输性能的对比。

接入方式 光纤 微波（RF） FSO

常用带宽 10Gbps 8Mbps 155-2.5Gbps

有效传输距离 100Km以上 50 Km以上 1-4 Km

建设时间 1-3个月 2-4小时 2-4小时

频率许可 不需要 需要 不需要

市政许可 需要 不需要 不需要

维护难度 困难 一般 简便

成本 高昂 一般 一般

安全性 安全 不安全 安全

气候影响 低 影响大 影响大

表1 光纤、微波（RF）和FSO三者传输性能的对比

四 、基于Iub接口的FSO应用

1. 基站互联成环

由于网络扩建大量Node B基站处于简单的链状联接，无法成环保护，由于运营竞争，基站开通时间有限，在网络建设初期，光缆资源无法实现的时候，如图2，利用FSO作为传输网络的延伸，实现Node B到传输网络的接入。实现基站互联数据回传，尽量保证网络的可靠性和接通率。

图2 利用FSO实现基站数据回传

2. 链路保护

根据微波传输设备和FSO设备的性能特点，微波设备在雨天损耗较大而FSO能很好的完成传输任务，而在雾天的传输性能优于FSO。在无法敷设光缆的重要基站，可以采用RF+FSO方式开通，微波（RF）传输语音，采用FSO传输数据业务。由于语音业务为实时通信QOS要求较高，相比起另外在光缆环境不好的情况下，例如多土建施工的厂矿，河流应该用FSO作为光纤链路的备份，在MSTP传输设备设置1+1通道保护，一路光纤一路为FSO链路，当发生光缆故障时，业务自动倒换到FSO链路上，光缆恢复后，再倒换恢复。

3 . 微波改光

在实施“微改光”工程中，部分微波站点受地域和环境以及协调方面的限制，如高层楼宇、高山河流、厂矿地区、公路铁路等地区引入光纤还是非常困难的。另外，在传输网络优化和新建工程中也出现同样的光纤引入困难的情况。利用高带宽、高速率且安装方便迅速的FSO设备可以很好的解决接入问题，在气候条件和传输距离适合的地区，FSO性能优于微波（RF）设备。

4. 应急调度

在大型文艺汇演、赛事等雾光纤链路或者救灾光纤链路中断的情况下，往往现场大量的语音和数据业务需要传送，利用FSO搭建临链路响应快、安装方便2-3小时内消除故障保障通信，FSO高带宽特点对比起微波设备有着显著的优势，微波设备带宽只能满足少量的业务传递。

五、 结束语

综于FSO的技术特点，在地理和气候条件适配的地区，引入FSO设备作为光纤和微波的互补选择，适宜的网络定位使得FSO能够在3G传输网络覆盖和提升网络的稳健性等方面发挥很好的作用。

参考文献：

1. 李宏伟，赵爱新. 大气激光通信技术的特点与应用[J]，科技咨询导报，2007，NO.3，6-7

2. 黄开莉. GSM向WCDMA演进对网络运营的影响及策略研究[J]. 移动通信， 2006， （01）

3. 黄清. 3G接入传输网技术[J]移动通信， 2005，（12） .

4. 蔡卫红； 毕扬； WCDMA无线系统Iub接口传输特殊组网 [J]. 硅谷Silicon Valley， 2009年 24期

篇10

目前，卫星通信系统在某些关键技术上还存有不少问题，如宽带IP（InternetProtocol）难点、高速数据需求等。这些问题的解决，就要应用到一些卫星通信的关键技术：数据压缩、智能卫星天线、卫星极光通信、新型信道编码、新型数字调制。通过数据压缩技术可以对动态数据和静态数据进行压缩，从而在能量、频带、时间三方面提高通信系统的工作效率。激光通信技术则会是卫星通信未来的发展方向。在互联卫星网中，由于其运行是在外层空间中，不受大气层影响，所以会经常应用到激光通信技术，使激光通信优势得到充分发挥。应用星际激光链路技术，可以将全球卫星通信中的信号时长有效缩短。如果以激光作为无线电通信的载体来进行通信工作，其发展前景是非常广阔的。

二、移动通信系统中的关键技术

电子通信系统在移动通信中应用最为成功和有效的方式是分布式天线技术。分布式移动通信系统包含了无线信号处理单元、虚拟小区中央控制器、移动交换中心等部分。移动通信系统中设有多个小区，其中每个小区又包含了若干个无线信号处理单元，单元之间的距离远超过了比载波波长的范围，这些单元主要用于接收信号和分布式接入的预处理。对于核心处理单元来说，要实现其信号处理功能，就要每个小区先完成简单的信号预处理、收发功能，再连接核心处理单元，最后通过微波无线信道、同轴电缆、光纤来实现信号处理功能。

分布式移动通信主要有两种实现方式：一种是在所有无线信号处理单元上同时发射所有与下行链路信号相同的上行链路信号，在无线信号处理单元接收到信号后，将其直接传送至核心处理单元。该方法虽然简单，但是不利于扩大系统容量，还会不断地对系统造成干扰。另一种是应用分布式的大线结构无线覆盖整个业务区域，然后利用大量的无线信号处理单元实现信号处理，从而突破了传统的蜂窝小区。该方式也称为受控天线子系统，也就是依靠移动台附近的信号处理单元来实现与移动台之间的通信，相较于第一种方式，该方式更复杂但也更理想。

与传统移动通信技术相比较，分布式移动通信具有以下优点：一是系统容量大、信号干扰比（SIR：SignaltoInterferenceRatio）高、小区间的干扰低；二是其内部分集能力能扩大系统容量、抵抗阴影效应、保证信号不衰落；三是可提高接收信号功率、提高切换性能、降低频率切换次数；四是在相同发射功率下，覆盖范围更广；在相同覆盖范围下，发射功率越低，同时对其他通信系统的干扰程度很小。五是能在核心处理单元中对信号进行集中处理，还能轻松满足任意形状服务区的无线业务要求。

篇11

1.1基于光电探测器直接耦合的FSO系统

早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。

在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。

目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点：

（l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。

（2）在接收端，光斑经光学天线会聚之后直接送入PD转化为电信号。通常，我们需要提供点到点的，双向的通信系统，这样，FSO系统的每个终端都包括了激光器，探测器，光学系统，电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大，重量大，成本也比较高。从FSO系统终端的内部结构图中可以看出，完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高，PD的成本也越来越高，6个OE转换单元大大增加了成本闭。

（3）FSO终端设备一般安装于楼顶，如果终端中含有大量的有源设备，会给我们的安装带来了很多不方便。

（4）系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加，那么封装在一起的整个FSO系统终端都需要被新的终端取代，安装新设备的过程需要再次对准，整个升级过程所需要的时间很长，给人们带来巨大的损失。

1.2基于光纤耦合技术的FSO系统

光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统（见图2），激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射，传输一定距离后，光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上，沿着光纤传输后经PD接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式，只需要在楼顶放置光学天线系统，而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接，整个系统结构简单，易于安装。

这种新型的FSO系统具有以下优点：①减少了不必要的E一O转换，一条链路现在只需要2个OE接口即可，大大降低了成本。②光学系统较为简单，光纤出射的光束一般为圆高斯光，不需要整形，简化了光学系统，减小了体积，易于安装。③易于升级及维护，当用户的带宽增加时，我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可，免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很好的与现有的光纤通信网络结合，利用现有的比较成熟的光纤通信系统中的器件如发射接收模块，EDFA和WDM中所用到的复用器和解复用器。⑤可以与光码分多址复用技术（OCDMA）相结合，构成自由空间OCDMA系统，进一步扩大系统的带宽。

对于一个基于光纤耦合技术的FSO系统而言，以下2个因素必不可少：①体积小，重量轻的光学天线系统一个最佳的光学天线的设计首先必须使尽可能多的光耦合进单模光纤，获得最大的耦合效率；其次要能通过粗跟踪系统测出入射光的角度；另外，必须满足尽可能高的通信速率和稳定性。②性能良好的跟踪系统要使光学接收天线接收到的光能够有效的耦合进纤芯和数值孔径都极小的单模光纤，我们必须为系统加上双向的跟踪系统。

2国内空间光通信系统研究现状和进展

我国卫星间光通信研究与欧、美、日相比起步较晚。国内开展卫星光通信的单位主要有哈尔滨工业大学（系统模拟和关键技术研究）、清华大学（精密结构终端和小卫星研究）、北京大学（重点研究超窄带滤波技术）和电子科技大学（侧重于APT技术研究）。目前已完成了对国外研究情况的调研分析，进行了星间光通信系统的计算机模拟分析及初步的实验室模拟实验研究，大量的关键技术研究正在进行，与国外相比虽有一定的差距，但近些年来在光通信领域也取得了一些显著的成就。

2002年哈尔滨工业大学成功地研制了国内首套综合功能完善的激光星间链路模拟实验系统，该系统可模拟卫星间激光链路瞄准、捕获、跟踪、通信及其性能指标的测试。所研制的激光星间链路模拟实验系统的综合功能、卫星平台振动对光通信系统性能的影响及对光通信关键单元技术的攻关研究有创新性，其技术水平为国内领先，达到国际先进水平，目前该项研究已进入工程化研究阶段。上海光机所研制出了点对点155M大气激光通信机样机，该所承担的“无线激光通信系统”项目也在2003年1月份通过了验收，该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能，其传输速率可达622Mb/s，通信距离可以达到2km，自动跟踪系统的跟踪精度为0.1mrad，响应时间为0.2s。中科院成都光电所于2004年在国内率先推出了10M码率、通信距离300m的点对点国产激光无线通信机商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出FSO商品，最远通信距离可达8km，速率为10~155M。武汉大学于2006年在国内首先完成42M多业务大气激光通信试验，2007年3月又在国内率先完成全空域FSO自动跟踪伺服系统试验，这为开发机载、星载激光通信系统和地面带自动目标捕获功能的FSO系统创造了条件。另外在光无线通信系统设计、以太网光无线通信、USB接口光无线通信、大气激光传输、大气光通信收发模块和信号复接/分接技术等方面都取得了多项成果。

3自由空间光通信技术的应用与未来发展趋势

自由空间光通信和其他无线通信相比，具有不需要频率许可证、频率宽、成本低廉、保密性好，低误码率、安装快速、抗电磁干扰，组网方便灵活等优点。正是由于这些特点，FSO系统正受到电信运营商越来越多的关注与青睐。对于有线运营商，FSO可以在城域光网之外提供高带宽连接，而其成本只有地下埋设光缆的五分之一，而且不需要等6个月才能拿到施工许可证。对于无线运营商，在昂贵的E1/T1租用线路和带宽较低的微波解决方案之外，FSO在流量回输方面提供了一个经济的替代选择。在目前这个竞争激烈的环境中，FSO无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署，提高“服务速度”并降低网络操作费用提供了可能。而且FSO技术结合了光纤技术的高带宽和无线技术的灵活、快速部署的特性，可以在接入层等近距离高速网的建设中大有用武之地，在目前许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高）的情况下，FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。

FSO产品目前最高速率可达2.5G，最远可传送4km，在本地网和边缘网等近距离高速网的建设中大有用武之地，主要应用于一些不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方，如市区高层建筑物之间、公路（铁路）两侧的建筑物之间、不易架桥的河流两岸之间、古建筑、高山、岛屿以及沙漠地带等。另外，FSO设备也可用于移动基站的环路建设、场所比较分散的企业局域网子网之间的连接和应急通信。对于银行、证券、政府机关等需要稳定服务的商业应用来说，FSO产品可以作为预防服务中断的光纤备份设备。

当然，FSO在应用过程中也存在一定的瓶颈，主要是会受到大气状况或物理障碍的影响，比如其光束在传输中极易受大雾等恶劣天气，物理阻隔或建筑物的晃动/地震的影响。在恶劣的天气下，光束传输的距离会下降，从而降低通信的可靠性，严重的甚至会造成通信中断。

尽管存在不少问题，但自由空间光通信的技术优势更为明显，其自身的特点决定了在一定的环境下，它可以最大发挥自身优势，比如可以用于不便铺设光纤的地方和不适宜使用微波的地方；又由于光纤成本过高，用户无法在短期内实现光纤接入，而他们却渴望享受宽带接入带来的便利，结合我国现阶段宽带网络的实际情况——许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高），FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。FSO系统解决了宽带网络的“最后一公里”的接入，实现了光纤到桌面，完成语音、数据、图像的高速传输，拉动了声讯服务业和互动影视传播，实现了“三网融合”，有利于电子政务、电子商务、远程教育及远程医疗的发展，并产生了巨大的效益，具有广阔的应用领域和市场前景。

参考文献：

［1］ZHUX，KAHNJM.Freespaceopticalcommunicationthroughatmo-sphericturbulencechannels［J］.IEEETransactionsonCommunications，2002，50（8）：1293-1300.

［2］蒋丽娟.无线光通信技术及其应用［C］.全国第十二次光纤通信学术会议论文集.2004，10.

［3］张英海，霍泽人，王宏锋等.自由空间光通信的现状与发展趋势［J］.中国数据通信，2004，6，（12）.

［4］程莉.自由空间光通信技术［J］.现代电子技术，2004，27，（5）.

［5］章志坚.让光在无线空间自由的传播（上）——自由空间光通信（FSO）简介［J］.通信世界报，2006.

篇12

关键词：激光通信；脉冲位置调制（PPM）；可编程逻辑阵列（FPGA）；VHDL语言

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.132

1 引言

激光无线通信有着不受电磁干扰、保密性好、组网机动灵活等特点，在很多领域特别是军事领域有着广泛的应用[1]。激光通信属于能量受限的通信系统，影响其调制格式的性能指标主要有平均发射功率、系统带宽需求以及误码率的大小[2]。目前激光通信常用的调制方式是OOK（On-Off Keying）调制，它是以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭，其调制方式简单而易于实现，被广泛应用，但是其功率利用率低，抗干扰能力差[3]。研究较多的还有PPM调制、MPPM（Multiple PPM）调制和DPPM（Differential PPM）调制。通过对这几种调制格式的性能指标进行比较，结果表明，随着调制阶数的增加，PPM调制相对其他调制方式平均功率最小，光功率利用率最高，并且在平均功率相同的情况下误码率最低[4]。因此， PPM调制相比于其他调制方式应用于激光通信具有很大的优越性。

2 基于PPM调制的激光通信原理

如图1所示为基于PPM调制的激光通信原理。首先通过PPM{制模块将数字信号调制为PPM信号；然后将PPM信号的“1”、“0”分别表示为激光的强、弱，利用激光将PPM信号发射到自由空间；远处的接收装置接收到激光信号后，经过光电检测，将光信号转换为电信号，还原出PPM信号； PPM解调模块再将PPM信号还原成数字信号，从而实现激光通信。本文主要介绍PPM调制模块的设计。

3 PPM调制模块设计

3.1 PPM调制方案

本文根据PPM的基本原理，利用FPGA（Field Programmable Gate Array）的高速并行特性，使用VHDL硬件描述语言设计了一个用于激光通信的PPM调制模块。PPM调制方案如图2所示，主频经分频产生需要的时钟频率，数字信号经过采样、脉冲位置信息编码、移位输出的过程，最终形成PPM信号。

随着调制阶数的增大，PPM的光功率利用率越高，但是所需要的带宽也随之增大[5]，本文以16-PPM为例，对信源进行调制解调。传统的PPM调制采用的是单极性不归零码，正电平代表逻辑1，负电平代表逻辑0，每传输完一位数据，信号返回到零电平。如果遇到PPM编码首尾相接的情况，势必要连续发送正电流，这样使某一位码元与其下一位码元之间没有间隙，不易区分识别。采用归零码可以改善这种状况，当发“1”码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，当发“0”码时，仍然不发送电流。本文结合这两种编码方式的优点，采用占空比为50%的单极性归零码与16-PPM编码相结合的方式，对数字信号进行PPM调制。

3.1.1 时钟分频

主频频率经过分频产生采样时钟、帧时钟和时隙时钟。采样频率设计为100kHz，由于16-PPM一帧有4位二进制数据，有16个时隙，因此时隙时钟频率应为采样时钟频率的4倍，为帧时钟频率的1/4。从而时隙时钟频率为400kHz，帧时钟频率为25kHz。

3.1.2 采样

采样时钟在每个时钟上升沿数据对数据进行采集，并将采样时钟的同步计数器加一，然后将采集到的数据放入缓存器中。计数器计满4个数就清零，同时将缓存的数据并行输出。采样频率越高，采样产生的数据波形越接近原始信号波形，在FPGA资源足够的前提下，采样频率应该尽可能提高，从而保证解调还原后的数据波形更加接近原始数据波形[6]。

3.1.3 脉冲位置信息编码

将采样缓存输出的四位并行数据转换为脉冲位置信息编码，位置信息编码为16位并行数据，有且仅有一位为‘1’，其余位均为“0”，“1”，例如数据0000对应的编码为0000000000000001。

3.1.4 移位输出

每当帧时钟的上升沿到来时，就将16位脉冲位置信息编码存入移位寄存器中。当时隙时钟的上升沿到来时，移位寄存器就将存入的脉冲位置编码数据右移一位，并输出最低位数据，当时隙时钟的下降沿到来时，就将数据清零，如此便将脉冲位置信息转换为归零PPM信号。当寄存器中的16位数据完全输出时，此时帧时钟上升沿刚好到来，新的脉冲位置信息编码数据存入寄存器，如此周期循环，便将原始数字信号转换为归零PPM调制信号，实现PPM调制。

3.2 FPGA设计与仿真

FPGA的顶层模块设计如图3所示。主要包括采样模块（chuanbing）、脉冲位置编码模块（yima）、脉冲输出模块（jiyi）和一个分频（fenpin）模块。

3.2.1 采样模块的仿真

采样模块主要利用采样时钟，对数字信号进行信号采集、同步计数、缓存、输出。主要完成一个串并转换的过程，该模块的仿真波形如图4所示。

3.2.2 脉冲位置编码模块的仿真

脉冲位置编码模块将缓存输出的四位并行数据转换为16位PPM脉冲位置信息编码，该模块的仿真波形如图5所示。

3.2.3 脉冲输出模块的仿真

脉冲输出模块利用时隙时钟进行同步计数，将寄存的脉冲位置信息移位输出，并在时隙时钟的下降沿将数据置零，最终形成归零PPM调制信号，该模块的仿真波形如图6所示。

4 实验验证与分析

实验平台的连接如图7，实验系统通过PC机的串口收发数字信号，利用PC机的TXD端发送数字信号，数字信号经过PPM调制模块，产生PPM信号。PPM信号通过PPM解调模块还原为数字信号，并利用PC机的RXD端接收还原后的数字信号。将示波器的CH1通道和CH2通道分别接在PPM调制模块的输入和输出端，检验波形是否与理论相符。

4.1 实验波形的验证

图8为PPM信号调制前后的波形对比图，通过比较波形1的原始数字信号与波形2中的PPM信号， PPM信号与对应的原始数字信号相吻合，实验结果与理论一致。

4.2 误码率验证

通过对不同传输速率下的PPM调制的误码率进行实验统计，验证该通用PPM调制模块的通用性，图9是38400波特率时串口的收发数据。可以看出：该通用PPM调制模块可以满足在38400波特率以内的数据通信，误码率极低，适用性很强。

5 结论

本文将归零码与PPM相结合，设计了可用于激光通信的通用PPM调制模块，相比于传统的OOK调制具有更高的光平均利用率和更低的误码率。通过波形仿真和设计实验验证，该模块可以满足38400bps

以内的数据通信。将该PPM调制模块的IP核设计成定制的PPM调制芯片，用于激光通信的前端，可方便灵活地应用于激光通信中，降低激光通信平均功率，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]李思静.自由空间光通信系统的研究[D].南京理工大学，2006.

[2]赵明.大气光通信调制编码技术研究[D].华中科技大学，2011.

[3]吴刚.近地无线光通信技术研究[D].复旦大学，2009.

[4]秦岭.大气激光通信中多脉冲调制系统的设计[D].西安理工大学，2007.

篇13

【关键词】地铁广告系统；无线通信；信息交换

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：

0.引言

随着使用地铁出行的乘客逐渐增多，城市地铁系统的运营管理必须针对乘客服务质量的提高，一切功能开发都是以为乘客提供优质服务为中心。要实现优质高效的服务，都有赖于地铁无线通信技术的开发和应用，在地铁正常运行中，地铁无线通信技术发挥着重要作用，所有功能都需要通过地铁无线通信技术来实现，尤其是地铁广告系统和乘客引导系统。这两个系统的基本理念是运用先进网络技术和无线传输技术，乘客需要的即时信息通过屏幕显示给乘客，切实提供有关地铁方面的信息，甚至是新闻视频、广告媒介等多种消息，方便乘客出行，丰富乘客坐车体验，有效提高地铁服务质量。无线通信系统在保证列车正常运行及提高运营成本方面有较为重要的作用，尤其是因为无线通信系统较好的数据保存功能、通信质量高效及覆盖面积方面有着突出的优势，因而在地铁运行中必不可少。

1.地铁无线通信系统的应用

1.1车站乘客引导系统

车站乘客引导系统（英文缩写为PIS），其主要由发车表示器和控制计算机组成，控制计算机与发车表示器以点对点的串行方式进行连接，通过无线通信系统实现信息交换。控制计算机根据列车自动监控系统（英文缩写为ATS）发出的列车信息，将状况发送给广告系统，广告系统根据轨道即时状况，对信息进行编排，然后显示在屏幕上供乘客了解列车到站情况。发车表示器一般安装在可供司机看到的站台旁，是司机是否发车的依据，每个站台处都有这一装置，通过控制计算机在界面上显示出地铁运行状况，方便乘客乘车和地铁管理。与发车表示器相连接的控制计算机有可供操作人员进行内容修改的人机界面，通过这一界面能显示列车详细信息及操作人员输入的相关内容[1]。

1.2控制计算机功能实现

控制计算机与发车表示器交换的信息主要包括发车时间、到站时间、离站时间、预计到站时间、跳停信息等列车信息。（1）发车时间：当列车操作人员发出开车指令后，ATS即可将这一指令发送给PIS，并执行发车计时命令，将其显示在屏幕上。（2）到站时间：当列车到站时，则ATS又将消息发送给PIS，PIS将这些信息储存到后台数据库当中，并提示乘客列车到站信息。（3）离站时间：当列车离开站台后，ATS与PIS之间就会有信息交换，ATS发送消息给PIS并由PIS执行关闭发车表示器的指令。（4）预计到站时间：ATS向PIS发送列车在何时将要到达某一站台的消息，让PIS通过屏幕提示乘客做好上车准备。(5)跳停信息：列车控制人员根据实际情况，或因特殊故障对需要跳停的那一站提前一站以上进行跳停信息的设置，并通过ATS将信息发送至PIS，显示在屏幕上，当列车离开站台后，取消跳停指示。

1.3广告系统

PIS通过与广告系统进行信息交换后，ATS系统发送来的列车股道占用信息后，转而发送给广告系统，自动播放广告，在站台候车的乘客因而能够在列车快要到站时第一时间就知道消息，在广播系统及乘客引导系统的通信信号中断之后，将会发送DC2（控制设备2其主要作用是要求开始通信会话）信息进行通信会话的开启动作，若地铁的广播系统处于正常工作状态，那么它就会使用DC3（控制设备3，其主要作用是缺人开始通信会话）信息进行返回动作，使乘客引导系统了解到通信状况处于正常状态；当通信开始建立以后，乘客引导系统就会将此时的信息发送给广播系统，广播系统由ACK信息进行返回以确认收到了消息，这时双方通信处于正常状态，广告系统将广告和对屏幕的显示内容进行控制，实现乘客引导及媒体播放作用[2]。

2.无线通信信号

2.1无线通信系统的选择

作为具有悠久历史的地铁工程，不但需要在质量方面追求卓越性，还应注意其发展的成熟性。802.11a的传输一般采用多载波调制的技术，它在办公、家庭、娱乐等方面有一定范围的应用，但 802.11a 标准系列存在一定的缺陷，如 ：收费高、生产商少、布置频率过高等；Train Com® 无线电通信系统是一种不对外开放的私有技术，如需维护或二次升级，则要有专人技术指导，这两种作为无线宽带技术的特征标准，在地铁通信中运用比较广泛，其他的无线标准由于不成熟的技术标准或较小的宽带传输都不能满足地铁无线通信设备的需求；因此，国内地铁中的无线通信设备一般都会采用 WLAN 无线信号技术，因为WLAN 无线信号的运用比较广泛，在 PIS 系统和信号系统中都有运用，为保证列车的行车安全，在只有 3 个信道的802.11g 无线标准条件下，对信号系统分配 2 个信道，PIS 系统分配 1 个信道，实际操作表明占有 1 个信道的 PIS 系统也可以满足地铁通信信号的的要求]。

2.2无线通信技术类别

一般来说，无线通信技术有6种，它们有些应用较为广泛，如WLAN、3G等，而其它几种只在较小领域内应用。（1）WLAN技术分为基础结构网络和对等网络两种，其主要遵照的标准是IEEEE802.11，该标准分为a、b、g三种，一般IEEEE802.11a应用的是OFDM技术，采用5.8GHz频段，无障碍距离范围在30米至50米之间。IEEE802.11b采用的是2.4GHz频段，即所谓的WI-FI，速率不是太高。IEEE802.11g的速率较高，采用与IEEEE802.11a相同的OFDM技术，但频段处在2.4GHz，因而能够很好的与IEEE802.11b相兼容。（2）Train Com® 无线电通信系统是主要运用在列车服务的无线通信技术，该系统拥有较大宽带容量和传输速率。（3）TETRA 技术是用于支持无线数字群集的一种标准，开放性较好，且能在数据传输和指挥调度方面具有较大竞争力，是国内主要采用的无线通信技术。（4）3G是第三代移动通信技术，主要用于高速率传输的通讯方面，信号容量大，传输速率快。（5）DVB-T是数字视频地面广播，主要用于数字视频领域，地铁无线通信系统主要用其进行数字电视的播放。该技术因为传输速率快、引入方便、容量大等诸多优势，能在多个频段进行工作，以降低频率的干扰。(6)Mesh网络作为网络协同通信的主要技术，具有其他技术所没有的优势，因为其形状小，比较容易携带安装，还支持高速移动和高速传输，能迅速组成新网络，是当前无线移动通信方面的主要研究对象。

3.结语

随着科学技术的不断进步，地铁建设不断发展，地铁无线通信技术在广告系统中的应用会不断完善，地铁的移动媒体及乘客引导系统也会越来越趋向于人性化现代化。通过对无线通信技术的深入了解，掌握其在广告系统中的重要作用，发展完善列车在告诉运行条件下的数据传输任务，根据不同的无线技术特点，针对不同的地铁环境和需求进行信号传输技术的选择，以更好地服务于地铁管理和乘客体验。

【参考文献】

篇14

关键词： PIN探测器； 强光饱和； 码间串扰； 数学模型

中图分类号： TN929.1?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0012?04

0 引 言

1997年10月美国在白沙导弹靶场测试，采用中红外先进MIRACL和LPCL进行激光照射卫星探测器实验[1]，该实验使人们认识到低能激光的优势。然而，光电探测器接收光功率非常低，所以当光功率过大时可能造成探测器永久性“失明”[2]。

目前无线光通信主要应用在800 nm、1 064 nm和1 550 nm三个波段[3]，常用探测器光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。1 064 nm通信元器件国内相对成熟，固本课题以PIN探测器在1 064 nm波段为样本，研究当探测器达到临界饱和功率时的接收现象，并判断能否符合通信要求。通过实验建立数学模型，考虑在临近空间致盲打击的可实现性。

1 致盲理论分析

1.1 PIN探测器的损伤机制

激光对光电探测器的损伤分为软损伤和硬损伤两类[4]。顾名思义，软损伤即当有光照射时探测器经暂时的失效，光源消失一段时间后探测器又恢复原有性能。这里将这种损伤机制称之为强光饱和型失效机制。硬损伤是由于光源功率过大使探测器造成不可恢复性的损伤。硬损伤由于激光损伤应力不同又分为热学效应损伤和力学效应损伤。其中由热学效应损伤可分为：热损伤机制、缺陷型损伤机制和电子雪崩型损伤机制。由力学效应损伤主要有自聚焦型损伤机制、多光子电离型损伤机制[5]。

1.2 干扰致盲方程的建立过程

本文设计了一个用来测量光电探测器激光损伤阈值的实验方案，实验方案如图4所示。实验采用波长为1 064 nm的Nd：YAG激光器，TEM00模型，输出功率为50 mJ，脉冲宽度为18.2 ns，重复频率为800 MHz激光。样品探测器选用德国Menlosystem公司的FPD310，PIN光电二极管。光谱响应范围为850～1 650 nm，最大入射功率为2 mW，探测器最大接收频率为1.8 GHz。

实验中保持入射光功率不变，通过调节衰减片的衰减系数，模拟无线光通信中大气对长距离对激光能量的衰减。分束透镜和能量计可以对入射激光能量进行实时监测。实验主要通过示波器的观测的数据变化判断探测是否进入饱和或深度饱和状态。用He?Ne激光实时监控，防止功率过大激光对探测器的热应力损伤。图5为试验实物的实际测试现场。

3 实验结果及分析

3.1 损伤阈值

经实验得出：当衰减系数为60 dB时，此时激光器峰峰值电压为40 mV，探测器的光功率密度为0.64 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为420 mV。当衰减系数为45 dB时，激光器峰峰值电压为60 mV，探测器的光功率密度为20.1 μJ/cm2，示波器观测探测器达到最大输出电压输出峰峰值为3 800 mV。当衰减系数为35 dB时，此时激光器峰峰值电压为80 mV，探测器的光功率密度为201.3 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为4 000 mV，示波器显示接收脉冲出现展宽现象，展宽幅度约200%，展宽现象如图6所示，展宽时输出眼图如图7所示。此时，满足不了通信条件，出现码间串扰现象，无法提取有效信息，探测器达到测试阈值。衰减系数和探测器峰峰值统计结果见表1。

4 结 论

综合以上实验结果及分析，得出以下结论：对于天基干扰致盲，使用半导体激光器就能实现致盲效果；当激光器功率大于探测器接收阈值时，探测器出现脉宽展宽现象，该现象出现码间串扰。无法正常通信；激光束散角越小，致盲距离越短，辐照面与接收面夹角越小，对干扰致盲激光器的功率要求越低。

参考文献

[1] 付伟.国外激光反卫星技术发展综述[J].激光技术，2001，25（2）：158?161.

[2] KARAS T H， CALLAHAM M， DALBELLO R， et al. Anti?satellite weapons， countermeasures， and arms control [M]. Washington DC： Office of TechnologyAssessment， 1985.

[3] HEMMATI H. Near?earth laser communications [M]. USA： CRC Press， 2009.

[4] BENNETT H E， GUENTHER A H. Laser induced damage in optical material [M]. UAS： ASTM International， 1985.

[5] 付伟，侯振宁.激光致盲武器的工作原理与系统构成[J].航天电子对抗，2000（4）：41?45.

[6] 李海燕.激光主动干扰系统作用距离的估算方法[J].激光与红外，2011，41（4）：416?420.

[7] 姜会林，佟首峰.空间激光通信技术与系统[M].北京：国防工业出版社，2011.

[8] 付小宁，王炳健，王荻.光电定位与光电对抗[M].北京：电子工业出版社，2012.

[9] 李晓峰.星地激光通信链路原理与技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[10] 王海晏.光电技术原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2007.