侯亞萍

摘 要：光通信是無線通信的重要方式之一，更好的發(fā)展光通信就是更好的促進(jìn)無線通信技術(shù)的發(fā)展，在光通信中使用多種前沿科技就成為促進(jìn)光通信發(fā)展的重要手段。本文正是對(duì)光通信在發(fā)展歷程中用到的前沿科學(xué)技術(shù)的介紹。首先，概論了光通信系統(tǒng)，重要有兩種類型，導(dǎo)行和非導(dǎo)行。接下來主要對(duì)非導(dǎo)行光波系統(tǒng)進(jìn)行介紹。然后，從光發(fā)射的運(yùn)用設(shè)計(jì)、光接受的運(yùn)用設(shè)計(jì)、光天線的運(yùn)用設(shè)計(jì)、ATP的運(yùn)用設(shè)計(jì)、控制的運(yùn)用設(shè)計(jì)等多個(gè)方面來詳細(xì)介紹光的通信科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用設(shè)計(jì)，各部分都是通信技術(shù)必不可少的因素，缺一不可。最后，總結(jié)了光通信在眾多領(lǐng)域如軍事、科學(xué)等方面的重要應(yīng)用，潛力無限，前景不錯(cuò)。但國內(nèi)技術(shù)還相對(duì)落后，要及時(shí)趕上的現(xiàn)狀，鼓勵(lì)我們大力發(fā)展光通信的前沿科技。

關(guān)鍵詞：光通信 通信科學(xué)技術(shù) 運(yùn)用設(shè)計(jì) 前沿科學(xué)技術(shù) 光波研究

1 引言

隨著傳統(tǒng)的有效通信技術(shù)在信息化社會(huì)面臨的挑戰(zhàn)和問題越來越多、越來越大，已經(jīng)逐漸不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新需要，于是人們更多將目光轉(zhuǎn)向無線通信技術(shù)，而無線通信中光通信技術(shù)近年發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，為了更好的適應(yīng)很多的情況、環(huán)境，需要大力運(yùn)用新技術(shù)、前沿科技。首先，要明確光通信前沿技術(shù)的重要性，導(dǎo)行光波系統(tǒng)和非導(dǎo)行光波系統(tǒng)是光通信系統(tǒng)的兩種主要類型，導(dǎo)行的光波通信系統(tǒng)主要運(yùn)用于收信機(jī)和發(fā)信機(jī)的零誤差精確點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之中，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于光通信技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域和層面，成為光通信技術(shù)工作中的前沿科技，得到足夠的重視和關(guān)注，能夠長久發(fā)展和廣泛應(yīng)用。而導(dǎo)行光波系統(tǒng)雖然是當(dāng)前光波通信系統(tǒng)主要的通信方式，但是光束限定，應(yīng)用面窄等缺點(diǎn)，使得較之非導(dǎo)行光波系統(tǒng)，其發(fā)展?jié)摿π?，目前還沒有成為前沿科技。所以在本文中，我們將重點(diǎn)介紹非導(dǎo)行光波系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

2 非導(dǎo)行光波通信系統(tǒng)總論

非導(dǎo)行光波系統(tǒng)是光波通信系統(tǒng)的重要組成部分，是無線光通信技術(shù)的重要一環(huán)和前沿技術(shù)，發(fā)射的光束與微波的光束類似都能在空間范圍內(nèi)傳播，但是與微波光束通信不同的是，非導(dǎo)行光波通信系統(tǒng)中的光束傳輸傳播方式是向前，能廣泛運(yùn)用于精確點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。無線激光通信技術(shù)，即自由空間范圍的激光通信技術(shù)，是非導(dǎo)行光波系統(tǒng)中的重要組成部分。傳播過程中，并不用通過光纖、微波等波導(dǎo)介質(zhì)來傳輸，是一種簡(jiǎn)單的直接的運(yùn)用激光作為傳播信息媒介在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多種信息類型如語音信息、圖像 信息、數(shù)據(jù)信息等的快速傳輸。覆蓋范圍更廣，從深空宇宙到星級(jí)宇宙的低軌道衛(wèi)星、中軌道衛(wèi)星、高軌道衛(wèi)星還有同步軌道衛(wèi)星，無一不在無線光通信網(wǎng)絡(luò)的范圍之內(nèi)，是如今世界上一個(gè)重要的研究課題。

無線激光通信可以分為很多種類，有專點(diǎn)對(duì)專點(diǎn)光通信、專點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信、環(huán)形通信、網(wǎng)絡(luò)狀通信等，這種分類主要是依據(jù)使用情況的不同，每種通信都在不同的領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，即可以單獨(dú)使用一種通信方式，也可以將兩種或兩種之上的通信方式相互搭配，共同來完成通信任務(wù)。由于光這種物質(zhì)具有一定的穿透能力，所以從高空的近地面大氣到遠(yuǎn)地深空，和深水這廣袤的范圍之內(nèi)，都可以找到光的自由空間傳播媒介，所以，傳輸信息通道不同，可以將非導(dǎo)行光波系統(tǒng)分為對(duì)應(yīng)的三種，大氣激光通信技術(shù)、深空激光通信技術(shù)和水下激光通信技術(shù)。

3 光通信的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

光通信技術(shù)指的是利用光作為傳播媒介，在大氣層遠(yuǎn)離地面的深空進(jìn)行和水里進(jìn)信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健５窃跓o線光通信傳輸過程中，容易受到大氣層的信息通道影響，無法繼續(xù)進(jìn)行信息傳輸，并且由于外力的作用，還會(huì)處于微小的運(yùn)行狀態(tài)。要想解決這個(gè)問題，必須要從光發(fā)射的運(yùn)用設(shè)計(jì)、光接收的運(yùn)用設(shè)計(jì)、光天線的運(yùn)用設(shè)計(jì)、ATP的運(yùn)用設(shè)計(jì)四個(gè)方面來進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)。

3.1 光發(fā)射應(yīng)用方案

光發(fā)射主要可以分為兩大部分，一是電信號(hào)調(diào)制后輸出，二是信標(biāo)信號(hào)調(diào)制后完成輸出。電信號(hào)在經(jīng)過編碼之后，調(diào)制信號(hào)光激光器驅(qū)動(dòng)電器和信號(hào)光激光器，最后輸出。而信標(biāo)信號(hào)也是要經(jīng)過編碼這道工序，編碼調(diào)制后，通過信標(biāo)光激光器和信標(biāo)光激光驅(qū)動(dòng)電路，最后輸出。

這兩種設(shè)計(jì)都運(yùn)用了編碼，這說明電信號(hào)通信要根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況的需要來進(jìn)行編碼工作，調(diào)制過程中常用到調(diào)制方式主要有開關(guān)鍵控制、數(shù)字脈沖控制、脈沖調(diào)制等，具體要用到哪種調(diào)制方式要根據(jù)實(shí)際情況才能決定。

激光器與溫度關(guān)系密切，在使用激光器的過程中，由于斜率常伴隨著溫度的升高而逐漸減少，所以常用到制冷器來解決激光器的發(fā)熱，并且用電阻來監(jiān)測(cè)機(jī)器的在工作中的溫度，從而控制制冷器下一步該做什么。

3.2 光接收的應(yīng)用方案

在光發(fā)射之后，如何成功接收的問題擺在眼前，這是無線光通信技術(shù)的第二步，也是其中重要的一環(huán)。光接收通信系統(tǒng)的子系統(tǒng)有光檢測(cè)器系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)、時(shí)鐘提取器系統(tǒng)等，在光的信息通道上運(yùn)用窄帶機(jī)器，可有效抑制噪聲的干擾。在對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理之后，二極管將光信號(hào)變成電信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的提取工作，利用線路調(diào)解信號(hào)，恢復(fù)原本的信號(hào)。

同時(shí)，光接收過程中，要注意時(shí)鐘提取部分，系統(tǒng)能否有序正常工作與性能的好壞有關(guān)。當(dāng)受到大氣層空氣等因素干擾時(shí)，要迅速進(jìn)入同步狀態(tài)來提高增強(qiáng)系統(tǒng)性能。這也是之后開展工作的基礎(chǔ)和前提。

3.3 光天線的應(yīng)用方案

電視接收需要天線，光接受也需要有光天線，不同的是，電視的天線是線，而光天線是由透鏡或反射鏡構(gòu)成的，利用光的反射和折射兩個(gè)物理性質(zhì)來工作的系統(tǒng)，與光通信工作的好壞緊密相連。種類多樣，常見的有開普勒式光天線、伽利略式光天線，還有牛頓式光天線。

在光天線實(shí)際運(yùn)用中，攜帶方便，使用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)、成本低、取材方便成為考慮的主要因素，伽利略式光天線正是這樣一款光天線，在實(shí)際的光接收工作中發(fā)揮著巨大作用。

3.4ATP的應(yīng)用方案

無線光通信過程中，最復(fù)雜的環(huán)節(jié)當(dāng)數(shù)ATP的運(yùn)用設(shè)計(jì)。其有粗瞄準(zhǔn)部分，精瞄準(zhǔn)部分和位置追蹤部分。工作流程復(fù)雜，工序眾多，下面一一進(jìn)行介紹：

（1）開始階段，縮小誤差范圍，利于自動(dòng)掃描，進(jìn)入捕獲階段。

（2）捕獲階段，這個(gè)過程不斷尋找發(fā)射到的信標(biāo)光信號(hào)，確定出一定的掃描范圍，捕獲發(fā)射出的光信號(hào)，進(jìn)行下一步工作。

（3）粗對(duì)準(zhǔn)階段，一旦發(fā)現(xiàn)有光進(jìn)入到設(shè)定范圍之內(nèi)，便開始粗瞄準(zhǔn)，為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。

（4）精追蹤階段，在上步粗對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用精追蹤儀器來進(jìn)行追蹤。

（5）通信階段，完成精追蹤任務(wù)之后，就可以開始通信工作，保證通信的持續(xù)暢通。

（6）線路中斷和恢復(fù)。如果在這個(gè)過程中的哪個(gè)階段出現(xiàn)中斷，就要及時(shí)采取措施，恢復(fù)通信工作。

這個(gè)過程是一個(gè)重要、不斷運(yùn)動(dòng)的過程，要不間斷的獲取外界信息情況，來完成通信傳輸工作。

3.5 控制的應(yīng)用方案

這是光通信的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，可以用來進(jìn)行管理工作，例如性能、安全方面的管理等等。同時(shí)還可以進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)量、電壓電流控制，完成提高溫度，增加濕度的任務(wù)。給光通信過程中的管理和測(cè)量都帶去了方便。

4總結(jié)

本文是對(duì)光通信領(lǐng)域前沿科技的介紹，概括了非導(dǎo)行光波系統(tǒng)的特點(diǎn)，從五個(gè)主要方面對(duì)光通信技術(shù)的運(yùn)用設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為如今光通信發(fā)展提供一定的借鑒和參考。目前我國的光通信技術(shù)發(fā)展還不是很好，本文對(duì)光通信技術(shù)的研究相信會(huì)有一定的作用。

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