第9章 无线激光通信PPT课件

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9.1 概述
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9.1.4 微波与无线激光通信的比较
4、抗干扰特性的差别
微波和激光通信系统都受背景辐射的影响。太阳 辐射在近红外波段(即空间通信激光波段)远比微波波 段强。但是由于微波通信系统接收望远镜(天线)的视 场比激光系统中大很多，加之微波还要受大气闪烁和 地球上其他人工电磁波的干扰，结果使微波噪声特性 反而差很多。
无线激光通信和无线电通信一样，都是将信息加 载到电磁波上传送，只是激光是光频的电磁波，具有 了一些与无线电通信完全不同的特性。
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9.1.1 光通信的历史
3000多年前我国就有了用光传递远距离信息的设 施——烽火台；
近代无线光通信的开始—光电话装置（1881年）； 第二次世界大战期间，红外线光通信系统； 1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了红宝石激 光器，开创了以激光为主的光通信的新纪元。
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第9章 无线激光通信
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无线激光通信是指利用激光束作为载波在空间(陆 地或外太空)直接进行语音、数据、图像信息双向传 送的一种技术，又称为“自由空间激光通信”（Free Space Optical Communication，FSO）、“无纤 激光通信”或“无线激光网络”(Wireless Optical Networks，WON)。
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9.1.2 激光
激光(laser)是指受激辐射产生的光放大，是一种高 质量的光源，它具有以下特性： 1、方向性好 2、单色性好 3、相干性极好 4、光脉冲宽度可以极窄
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9.1.3 激光通信
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9.1.3 激光通信
光纤通信的发展可以分为以下四个阶段：
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9.1.3 激光通信
光纤通信的发展可以分为以下四个阶段：
第四阶段(1996～)，这个时期是以密集波分复用(DWDM)技 术为主要研究对象，追求的目标是超大容量、超高速率、超 长距离。利用光放大器延长传输距离，利用电的时分复用 (ETDM)提高单波长的传输速率，利用DWDM提高单根光纤 的传输容量，不断地改进光纤的设计，采用一些新技术(如新 型调制格式、纠错编码和各种色散管理技术等)来克服传输损 伤，利用光电集成(OELC)和光子集成(PIC)来提高设备的性能 并使之小型化，有力地推动了各种光纤通信系统的更新换代。 与此同时，基于波长路由概念而发展起来的全光网诞生，光 纤到家(FTTH)技术在不断发展。智能光网络将成为未来几年 光通信的发展方向。
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9.1.3 激光通信
光纤通信的发展可以分为以下四个阶段：
第三阶段(1986～1996年)，这是以大容量长距离为 目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期， 实现了1.55µm色散位移单模光纤通信系统。采用外 调制技术，传输速率可达2.5～1OGb/s，无中继传输 距离可达100～150km。掺饵光纤放大器(ErbiumDoped Fiber Amplifier，EDFA)成熟并商业化。光 孤子(Soliton)通信被广泛研究。
第一阶段(1966～1976年)，这是从基础研究到商业 应用的开发时期。在这个时期，实现了短波长 (0.85µm)低速率(45或34Mb/s)多模光纤通信系统， 无中继传输距离约1Okm。
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9.1.3 激光通信
光纤通信的发展可以分为以下四个阶段：
第二阶段(1976～1986年)，这是以提高传输速率和 增加传输距离为研究目标，大力推广应用的大发展时 期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长 从短波长(0.85µm)发展到长波长(1.31µm和1.55µm)， 实现了工作波长为1.31µm、传输速率为140～ 565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为 50～1O0km。
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9.1.3 激光通信
光纤通信系统的线路容量较大，不易受外界干扰， 但必须有安装光缆用的公用通道，当遇到恶劣地形条 件时，工程施工难度大、建设周期长，费用高，缺乏 灵活性。在这些方面，无线光通信会体现出优势。
光采用无线方式，即在自由空间中传播时会碰到近 地面大气层、远离地面的深空和水下这三种情况(信 道)。
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9.1.4 微波与无线激光通信的比较
1、可利用的频带宽度的差别
激光的频带宽度超过105GHz，大约是微波波段带 宽总和的1万多倍。
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9.1.4 微波与无线激光通信的比较
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，理论上讲，用 于电磁波发射、传输和接收的器件及设备尺寸与波长 成正比。这就使光通信设备的尺寸、重量大大减小。
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9.1.5 无线激光通信的优势
（1）无须授权执照 （2）安全保密 （3）实施成本相对低廉 （4）建网速度快 （5）协议的透明性 （6）设备尺寸小 （7）信息容量大
S波段
Ka波段
光波段
天线孔径
2m
2m
0.07m
天线增益
30dB
52dB
108dB
波束宽
75000μrad 5500μrad
源自文库
12μrad
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9.1.4 微波与无线激光通信的比较
3、波束发散角的差别
电磁波的远场发散角受衍射极限角θ限制，θ＝ 1.22λ／D，其中λ为电磁波波长，D为发射天线(望远 镜)的口径。波束发散角的差别，使电磁波能量的利 用率不同，相应要求不同的发射功率。另一方面，波 束发射角的差别，使激光通信中光束控制更为困难， 而微波则无此困难。
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9.1.4 微波与无线激光通信的比较
5、大气传输特性的差别
地球大气气象条件对微波和激光的传输都有影响， 但对激光传输的影响要严重得多，对微波传输影响最 大的是雨、云、雾，而且频率越高影响越大。
激光和微波各有其优点，一般认为，激光通信在空间站之间 最为合适，在地球站之间或地球站与空间站之间，因为通信 线路穿过大气，采用微波更为合适。在某些特殊条件下，激 光通信可以作为无线电通信的补充。但随着大功率集成激光 器件的出现，激光在大气中的传输衰减问题必将为人们所克 服，激光通信将会成为人类今后的主要通信手段。