2022年无线激光通信

简介：
2022年无线激光通信是一项具有显著效果的技术领域无线激光通信是一种通过将激光束作为载波在空间（陆地或外太空）进行信息的双向传输的技术。它又被称为自由空间激光通信（FSO）、无纤激光通信或无线激光网络（WON）。无线激光通信与无线电通信采用相同的载波传输机制，在信息加载方式上存在显著差异。具体而言，无线激光通信以光频率段中的电磁波为载体进行信息传递，其某些独特的物理特性和传播特性使其在频谱效率和大范围覆盖方面展现出显著优势。在历史上，我国已有光通信技术的初步应用——烽火台；光电话装置作为现代通讯设备的起源始于1881年；二战期间，近红外光通信系统被广泛应用于军事通信领域；1960年7月8日，美国科学家梅曼成功研发了红宝石激光器，为光纤通信技术的发展奠定了重要基础。激光通信光纤通信的发展经历了以下几个阶段： 1. 采用低速传输的多模光纤通信系统，在无中继技术下最大传播距离约为10公里。 2. 具备140至565Mbs传输性能的单模光纤通信系统，其无中继最大传播距离为50至100公里。 3. 通过外调制技术实现的色散位移单模光纤通信系统，在无中继条件下的最大传播距离可达100至150公里。掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）已广泛应用于实际应用并进入商业化阶段。光孤子（Soliton）技术的应用前景备受关注。 4. 第四阶段（1996～），研究重点转向密集波分复用（DWDM）技术，目标是实现传输容量巨大化、速率提升及延伸传播范围。通过光纤放大器延长传播距离，借助电的时分复用（ETDM）技术提高单波长传输速率，并利用DWDM技术扩大单根光纤的传输容量。持续改进光纤设计，在传输损伤问题上采取新型调制格式、纠错编码和色散管理等新技术。光电集成（OELC）和光子集成（PIC）技术的应用，不仅提升了设备性能，还实现了小型化设计。这些努力推动了各类光纤通信系统的更新换代进程。与此同时，基于波长路由概念的全光网体系逐步成型，光纤到家（FTTH）技术持续发展。未来几年内，智能光网络将在全球光纤通信领域占据主导地位。 无线激光通信系统具有较强的传输能力，在外界干扰较为有限的情况下运行稳定，但需要设置公共通信通道以便安装光缆。在复杂地形环境下，其工程施工难度显著增加、建设周期拉长且成本高昂，缺乏灵活性优势。相较而言，在抗干扰能力、成本效益以及适应复杂环境等方面具有明显优势。光信号采用无线传播方式时，其传播过程中会受到近地大气层的影响、深入太空的空间信道以及水下环境中的特定信道影响。与微波通信相比，在性能、可靠性以及数据传输速率等方面，无线激光通信均展现出显著的优势。 1. 可利用的频带宽度的差别：激光器的工作频率范围超过105GHz，其覆盖的波段总和大约是微波通信系统容量总和的数万倍。 2. 相关器件、设备尺寸的差别：根据电磁理论中的波长同比定理，在理论上讲，用于电磁波发射、传输与接收的各种设备和技术参数与其工作频率成正比。因此，光通信设备在设计时实现了体积与重量的大幅缩减。 3. 波束发散角的差别：按照衍射极限角θ的计算公式（θ＝1.22λ／D），其中λ为电磁波波长，D为发射天线或望远镜的口径。不同波束发散角的技术要求导致了电磁波能量利用效率的差异，从而对系统的发射功率提出了不同的技术要求。 4. 抗干扰特性的差别：微波和激光通信系统都面临背景辐射的影响。太阳辐射在近红外波段（即空间通信激光波段）的能量显著高于微波频段。然而，由于微波通信系统所使用的望远镜或天线具有更大的视场角，且其信号传输主要受到大气电离层闪烁和地球表面其他人工电磁干扰源的影响，因此导致了微波通信系统的抗干扰性能不如激光通信系统。