计算机网络 激光

计算机网络激光
激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。

意思是“受激辐射的光放大”。

无线激光通信是把激光束作为通信的载波在空间传输信息的一种通信方式。

早期无线激光通信主要用于宇宙通信，近几年来国际上出现了被称作为“自由空间光通信（FSOC，Free Space Optical Communication）”的技术。

这里所说的“自由空间”指的是大气。

因此自由空间光通信技术也是一种无线通信技术，而且它的载体也是激光，它也属于无线激光通信技术。

1．无线激光通信的基本原理
无线激光通信是利用激光束作为载波来传输信息的通信方式。

激光具有普通光的一切特性，即折射、反射、透射、衍射和干涉等，但它比普通光具有更优良的特性，即单色性（激光光波都具有相同的频率）好，强度高或亮度高。

因此，激光通信也有一种无线电通信，而与一般无线电通信相比又有区别。

在无线激光通信系统中多了两个转换过程，即在发送端进行电与光的转换；在接收端进行光与电的转换，如图5-29所示。

图5-29 激光通信原理图
其无线激光通信过程：如将数据通过信号变换设备变换成电信号，然后把这些信号输入光调制器，并由激光器产生激光束上，使它按电信号的规律变化。

最后，通过激光载波，经过信息处理以后由发射望远镜（发射天线）发射出去。

接收是发射的逆过程即：接收望远镜（接收天线）接收到已调制激光信号，送到光检测器取出电信号，然后由信号变换设备恢复出原始数据。

在自由空间激光通信中，一般传输距离比宇宙空间传输的距离要小得多，只有2-4km。

如果用在军事上，则还要考虑其保密性，所以在发送端会将激光束光点放小。

2．无线激光通信的优势
无线激光通信是一种即具有高速通信能力，又具有动机、灵活特点的新通信技术，是一种很有发展潜力的无线传输手段。

●无须授权执照
无线激光通信工作频段在365～326 THz（目前提供无线激光通信设备的厂商使用的光波长范围多在820nm～920nm），设备间无射频信号干扰，所以无需申请频率使用许可证。

●安全保密
激光的直线定向传播方式使它的发射光束窄，方向性好, 激光光束的发散角通常都在毫弧度，甚至微弧度量级，因此具有数据传递的保密性，除非其通信链路被截断，否则数据不易外泄。

●实施成本相对低廉
无须进行昂贵的管道工程铺设和维护，其造价约为光纤通信工程的五分之一。

●建网快速
无线激光通信建网速度快，只须在通信点上进行设备安装，工程建设以小时或天为计量单位，适合临时使用和复杂地形中的紧急组网。

对于重新撤换部署也很方便容易。

●协议的透明性
以光为传输机制，任何传输协议均可容易的迭加上去，电路和数据业务都可透明传输。

●设备尺寸小
由于光波波长短（约零点几微米到几十微米），在同样功能情况下，光收发终端的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多，具有功耗小、体积小、重量轻等特点。

●信息容量大
光波作为信息载体可传输达10Gb/s的数据码率。

Lucent贝尔实验室不久前演示了其“无线激光通信数据链路”，并且创造了在2.4公里的自由空间距离上以2.5Gb/s的速率无差错传输信息的世界记录。

目前已经商用的无线激光设备，最高速率已达622Mb/s。

3．无线激光通信存在的问题
当然，无线激光通信也有其固有的缺点：
●只能在视线范围内建立链路
两个通信点之间视线范围内必须无遮挡，必要的时候需要考虑线路中间将来可能出现的树木，建筑物的遮挡。

对于中间存在障碍物而不可直视的两点之间的传输，可以通过建立一个中继站实现连接。

●通信距离受限
目前用于地面民用无线激光通信的设备所能达到的距离一般为200m到6000m,受安全发送功率、数据速率、天气等条件的限制，实际使用的距离要短一些。

延长直视的两点之间的传输距离可以通过建立中继站的方法。

●天气影响链路的可靠性
天气因素尤其是大雾所引起的光的色散影响激光通信的可靠性。

据测算，当距离在200～500米之间时，全球大部分地区均可达到99.999%的通信要求。

●安装点的晃动影响激光对准
楼顶晃动(受日光，风力的影响)将影响两个点之间的激光对准，使链路质量下降。

●意外因素使通信链路的阻断，可用性受限制
点对点及点对多点模式中，如有一条链路被隔断(如飞鸟经过链路空间)，通信将受阻。

4．无线激光通信的应用
目前无线激光通信只在自由空间通信（军事应用）和宇宙通信方面起着关键性的作用，尤其是卫星与卫星之间的通信。

宇宙空间因为没有空气，不存在对激光的散射、阻挡和吸收现象，所以可以实现高质量的宇宙通信，能够提供比目前通信卫星更大的通信容量。

在军事上很容易实现全球侦察。

如图5-30所示，为法国进行卫星与飞机激光通信链接试验。

图5-30 激光通信
目前的主要应用场合包括：在具有复杂地形或者带宽不足时提供高效的接入方案；解决综合业务接入的“最后一公里”。

例如，对智能小区的宽带接入，大企业Intranet的互连，大客户的宽带接入提供一种快速灵活的方案，可提供2～622Mb/s的带宽；提供室内外、临近局域网之间的互连互通。

例如，当两座楼宇之间的办公室需要建立一条通信链路，其他通信方式不能较好的解决时（带宽、价格、线路资源），采用无线激光通信可快速解决；对于特殊要求的线路进行备份以及应急临时链路和意外恢复。

大部分无线激光通信设备向用户提供的是业务透明的接口，因此，可以适应多种常用的通信协议，可以很灵活的接入数据、话音、视频业务。

无线激光通信的另一种应用是水下激光通信。

目前仅美国、俄罗斯等少数国家进行这项探索性研究，而且曾有媒体报道，已初步实现了从十几公里的高空对水下100m处的潜艇进行激光通信。