自由空間光通信是以激光作為信息載體，不需要任何有線信道為傳輸媒介的通信方式，可用于空間及地面間通信。 其傳輸特點(diǎn)是光束以直線傳播。 4J([6<  
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　 　一項(xiàng)名為“1999科技預(yù)測(cè)”的報(bào)告稱，互聯(lián)網(wǎng)上的信息流量每100天就要翻一倍。另悉,英國(guó)電信監(jiān)管局日前最新公布數(shù)字顯示，目前英國(guó)每4秒鐘就售出 一部移動(dòng)電話機(jī),由此不難窺見(jiàn)移動(dòng)電話用戶市場(chǎng)也正在以迅猛勢(shì)頭發(fā)展起來(lái)。隨著通信信息量的增大,網(wǎng)絡(luò)愈發(fā)顯得擁擠了。因此,網(wǎng)絡(luò)帶寬資源匱乏成了當(dāng)今人 們談?wù)摰慕裹c(diǎn)。用什么方法能擴(kuò)充通信流量呢？目前最主要的通信傳輸手段有微波、光纖等。 hJ#xB
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　　微波通信與有線通信相比，可節(jié)省大量有色金屬，并易于跨越復(fù)雜地形。“銥”系統(tǒng)便是基于微波的個(gè)人通信系統(tǒng)，但相對(duì)于光纖通信系統(tǒng)，微波通信的線路容 量又比較小。光纖通信雖然有大通信容量的優(yōu)勢(shì)，但需要鋪設(shè)光纜。怎樣將二者的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行完美的結(jié)合呢？自由空間光通信技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。 } c}_<#I  
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　　 自由光通信綜合了微波通信和光纖通信的優(yōu)點(diǎn) &wE%<"aRAl  
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　 　微波通信是本世紀(jì)50年代開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用的一種先進(jìn)通信技術(shù)。由于它建設(shè)速度快，質(zhì)量穩(wěn)定，通信可靠，維護(hù)方便，費(fèi)用相對(duì)較低，與有線通信相比可節(jié)省大量 有色金屬并易于跨越復(fù)雜地形等特點(diǎn)，目前已迅速發(fā)展成為現(xiàn)代化通信的一種重要傳輸手段。微波通信可以較靈活地組成點(diǎn)、線結(jié)合的通信網(wǎng)，使一些海島、山區(qū)、 農(nóng)村的用戶較方便地利用干線進(jìn)行信息交換。但與光纖通信相比，其最大的缺點(diǎn)就是頻帶窄，碼率低。 2eol gXp  
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　　光纖通信系統(tǒng)的線路容量比微波系統(tǒng)大，不易受外界干擾，但其缺陷是必須有安裝光纜用的公用通道，當(dāng)遇到惡劣地形條件時(shí)，這種要求會(huì)給施工帶來(lái)很大的困難，而且建設(shè)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高。 .oUTqki  
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　　自由光通信結(jié)合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點(diǎn)，既具有大通信容量的優(yōu)點(diǎn),但又不需要鋪設(shè)光纖,自由光通信在空間中傳播要受到天氣的影響，而在太空中傳播則不存在這個(gè)問(wèn)題，可以認(rèn)為太空是自由光通信充分展示其優(yōu)勢(shì)和魅力的舞臺(tái)。 
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　　“銥”系統(tǒng)體系的提出為我們勾畫出了依靠衛(wèi)星通信系 統(tǒng)就可讓人們享受到聯(lián)絡(luò)全球的個(gè)人通信服務(wù)的美妙前景。而“銥”系統(tǒng)是基于微波的個(gè)人全球通信系統(tǒng)。目前地面上以光纖為基礎(chǔ)的“信息高速公路”通信系統(tǒng)的 帶寬比較寬。而衛(wèi)星之間無(wú)法鋪設(shè)光纖，目前只能以微波進(jìn)行通信。微波的物理特性決定了它不可能達(dá)到像地面的光纖通信一樣的帶寬。這樣就造成地面的通信“通 道”比較寬，而上天之后的“通道”比較窄，地面與衛(wèi)星聯(lián)通時(shí)就出現(xiàn)了瓶頸。因此，如何拓寬星間鏈路是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。 Jrpx}2'9:a  
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　　一種解決方法是多發(fā)射衛(wèi)星，然而空間資源有限，發(fā)射衛(wèi)星要受到一定的限制。衛(wèi)星間又不可能用光纜連接，必須是無(wú)線通信。所以發(fā)展自由光通信成了當(dāng)務(wù)之急。 P8)=Kbd  
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　　 衛(wèi)星間通信——激光和微波孰優(yōu)孰劣 QR0Q{}wbqU  
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　 　早在80年代末衛(wèi)星間使用激光或微波通信就開(kāi)始了大辯論。支持衛(wèi)星間使用激光通信的一派根據(jù)光學(xué)基本原理充分闡述衛(wèi)星光通信高碼率、大通信容量的優(yōu)點(diǎn)， 而反對(duì)者則強(qiáng)調(diào)微波通信的可靠性。光通信之所以能達(dá)到高碼率大通信容量，關(guān)鍵原因在于其狹窄的發(fā)射光束（約十到幾十微弧度），而這又是接收端捕捉發(fā)射光束 的困難之處。因此瞄準(zhǔn)、捕捉、跟蹤（Pointing．Acquisition．Tracking）即PAT技術(shù)就成了衛(wèi)星光通信首先要解決的問(wèn)題。隨著 各種解決PAT技術(shù)方案的提出，在1993年,衛(wèi)星通信兩派專家達(dá)成共識(shí)，衛(wèi)星間大容量通信的矛盾只能是通過(guò)發(fā)展衛(wèi)星光通信來(lái)解決。 .KUv(-  
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　　 將“光纖”鋪到天上去 &&:YVd  
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  　在各種PAT方案中,美國(guó)ThermoTrex研究所提出的采用原子濾光器的方案相當(dāng)引人矚目。該研究所認(rèn)為在接收端采用性能優(yōu)異的超窄帶寬的原子濾光 器，可以展寬視場(chǎng)角。通俗理解就是接收的門可以開(kāi)得大些，這樣衛(wèi)星接收端就容易捕獲發(fā)射激光束。由于原子濾光器對(duì)太陽(yáng)背景輻射的強(qiáng)烈抑制作用，發(fā)射端的信 標(biāo)信號(hào)光不會(huì)淹沒(méi)在強(qiáng)烈的噪聲中，衛(wèi)星接收端就可以捕捉并跟蹤鎖定在另一顆衛(wèi)星的發(fā)射光束上。這個(gè)過(guò)程稱之為光鏈路建立，或通俗地認(rèn)為搭起了激光通信橋 梁，也可以形象地認(rèn)為兩個(gè)衛(wèi)星間鋪了“光纖”。之后便可以進(jìn)行高碼率的通信了。這種含有原子濾光器的PAT接收裝置,ThermoTrex研究所稱之為激 光無(wú)線電裝置。該項(xiàng)發(fā)明被1996年美國(guó)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)獎(jiǎng)評(píng)為航空航天類五項(xiàng)入圍技術(shù)之一，并引起商業(yè)通信公司的深切關(guān)注。 \\dMy9M-  
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　　 衛(wèi)星間光通信將是實(shí)現(xiàn)未來(lái)全球個(gè)人通信的最佳方案 04l!:Tp,  
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　 　現(xiàn)代通信正步入個(gè)人通信時(shí)代，要實(shí)現(xiàn)全球通信，依靠現(xiàn)有的衛(wèi)星微波中繼站，容量小，時(shí)延大。鋪設(shè)越洋光纖，成本高，根據(jù)國(guó)外分析家分析估算，每米每千兆 比特以12.5年壽命計(jì)算，為0.5美元,采用波分復(fù)用技術(shù)可達(dá)到0.05—0.03美元，而衛(wèi)星間光連接的成本為0.01—0.03美元每米每千兆比特 （以12.5年壽命推算),因此衛(wèi)星間光通信將是實(shí)現(xiàn)未來(lái)全球個(gè)人通信的最佳方案。目前已有很多大公司斥巨資于星間鏈接。可見(jiàn)，商家也看好光通信的未來(lái)。 8tFoN*M  
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　　 自由光通信在地面間通信也能發(fā)揮其獨(dú)特作用 0dhaAq`k  
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　 　我國(guó)在自由光通信領(lǐng)域的研究也取得了一定的進(jìn)展。北京大學(xué)電子學(xué)系自90年代就開(kāi)始研究新型光通信器件——原子濾光器，其性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。早在 1993年北大就進(jìn)行了采用原子濾光器的自由空間光通信的研究，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果1993年已見(jiàn)科技論文報(bào)道。據(jù)悉，是采用原子濾光器空間光通信的世界上最早報(bào) 道。之后，在衛(wèi)星光通信領(lǐng)域的研究工作也不斷取得成果。 .1Al<OLL  
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　　此外,為開(kāi)發(fā)空間光通信在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用,北大電子系正在開(kāi)發(fā)基于無(wú)線光通信的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)。 tL)t"  i  
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　　這項(xiàng)技術(shù)可以用于兩幢大樓之間計(jì)算機(jī)通信的互聯(lián)，目前所采用的通常是有線的通信手段：使用電纜、 光纜傳輸。后者在傳送帶寬上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。它的速率可以達(dá)到約1千兆比特每秒,可傳輸大量的語(yǔ)音、圖像、視頻等信息。但是眾所周知，光纜的鋪設(shè)耗費(fèi)資金 多、建設(shè)周期長(zhǎng)、工程規(guī)模大，且遇到地形復(fù)雜的地區(qū)架設(shè)光纜也比較困難。而且鋪設(shè)光纜還要受到有關(guān)部門管理委員會(huì)的限制。所以，一些單位就向通訊公司提出 要求——是否可以在不需要鋪設(shè)任何有線介質(zhì)的情況下，使兩幢大樓之間進(jìn)行互聯(lián)，而且可以獲得比較大的帶寬。北京大學(xué)電子學(xué)系所開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)可以用于相鄰 兩座大樓之間局域網(wǎng)的高速互聯(lián)或在緊急情況時(shí)進(jìn)行事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交換。該設(shè)備架設(shè)簡(jiǎn)單、成本低廉，免去了鋪設(shè)光纖所帶來(lái)的弊端。它采用光為通信載體，不會(huì)造成無(wú)線電頻譜泄露，也不會(huì)受到無(wú)線電管理委員會(huì)的限制，使光通信技術(shù)在地面通信領(lǐng)域發(fā)揮了其獨(dú)特的作用。 f;gw"onx8F  
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　　 自由光通信技術(shù)離我們不再遙遠(yuǎn) nV:LqF=  
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　 　光通信技術(shù)不光是紙上談兵，一些國(guó)家已經(jīng)步入了應(yīng)用階段。1995年,美國(guó)與日本兩顆相距3.9萬(wàn)公里的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，并完成了8分鐘的光通信,可以 認(rèn)為衛(wèi)星光通信的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)基本解決。但衛(wèi)星對(duì)地面站之間的光通信由于受到大氣擾動(dòng)，仍屬于技術(shù)難點(diǎn)。1996年，美日兩國(guó)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月的衛(wèi)星與地 面站的光通信實(shí)驗(yàn)，研究了大氣信道對(duì)光通信的影響，目前存在多種解決方案，方案之一是在氣候干燥少雨之處建地面站，這樣很容易實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星對(duì)地面站光通信，而 地面站之間實(shí)現(xiàn)光纖組網(wǎng)，繼而實(shí)現(xiàn)不同地面的信息交流。另一個(gè)方案是實(shí)現(xiàn)激光與微波通信組網(wǎng)，即衛(wèi)星間用激光通信，經(jīng)過(guò)信號(hào)壓縮處理后，再用微波與地面站 通信。以此設(shè)想為基礎(chǔ)，日本提出激光與微波通信結(jié)合的雙層低軌道全球通信組網(wǎng)方案,具體論證了在地球700公里和2000公里的低空中部署兩套衛(wèi)星系統(tǒng)的 可行性；衛(wèi)星之間采用激光互聯(lián)技術(shù)進(jìn)行信息傳遞，與地面的關(guān)口站的通信鏈路由上層衛(wèi)星負(fù)責(zé)，采用激光鏈路；下層衛(wèi)星負(fù)責(zé)與小型地面站和移動(dòng)用戶（包括個(gè)人 移動(dòng)通信）的通信，采用微波鏈路。據(jù)報(bào)道，一些大通信公司籌措幾十到上百億，開(kāi)展衛(wèi)星間通信業(yè)務(wù)。其中有一些星間鏈路便是以激光來(lái)連接的。可以預(yù)見(jiàn)，在不 遠(yuǎn)的將來(lái)，衛(wèi)星激光通信作為現(xiàn)代通信的一種新型技術(shù)，將走入人類生活。 S4Ww5G?.  
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（本文轉(zhuǎn)載自中國(guó)光學(xué)在線）