大氣激光通信技術(shù)與應(yīng)用
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摘要大氣激光通信技術(shù)以激光光波為載波，以大氣為傳輸介質(zhì)，結(jié)合了光纖通信、微波通信兩大技術(shù)優(yōu)勢，不僅容量大、傳輸速度快，而且無需鋪設(shè)光纖，因而應(yīng)用優(yōu)勢顯著。文章結(jié)合大氣激光通信技術(shù)原理與特點(diǎn)，分別從民用、軍事兩方面出發(fā)，就大氣激光通信技術(shù)的應(yīng)用加以探討，以供參考與借鑒。
關(guān)鍵詞大氣激光通信技術(shù)；民用；軍事；應(yīng)用
1大氣激光通信技術(shù)的原理與特點(diǎn)
激光通信是以激光光束為信息載體，用以傳送信息的通信方式，與傳統(tǒng)電通信相似，激光通信包括兩種，即有線與無線激光通信。前者即以光導(dǎo)纖維為傳輸媒質(zhì)的光纖通信技術(shù)，如今已經(jīng)發(fā)展成為高速有線信息傳輸之骨干技術(shù)；后者即所謂的大氣激光通信技術(shù)，作為一種無線連接方式，其借助高功率二極管、激光管生成的激光作為載波，以視距內(nèi)兩點(diǎn)間的互通而設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、語音信號的傳輸。大氣激光通信技術(shù)原理與無線電通信相似，由兩臺激光通信工具構(gòu)成通信系統(tǒng)，為使激光通信具備全雙工通信能力，各系統(tǒng)均具備信號調(diào)制電路、激光器與光發(fā)射天線，激光發(fā)射過程中，受調(diào)制信號途徑調(diào)制電路促使激光器發(fā)光，確保承載信號的激光借助光學(xué)天線進(jìn)行受控?cái)U(kuò)散光束的發(fā)射，以實(shí)現(xiàn)天線接受。接收過程中，系統(tǒng)借助光學(xué)天線收集光信號，并匯聚到光電探測器上，并將該光信號成功轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)濾波解調(diào)成功獲取原信息。大氣激光通信技術(shù)具有如下特點(diǎn)：1）光波頻帶寬，信息容量大。由于光頻比微波基頻高出千倍，因而賦予該技術(shù)極高的潛在傳輸速率，其信息載體可傳輸超過10Gbps數(shù)據(jù)碼率，若能同時(shí)利用光頻帶寬，則全球可同時(shí)利用一束光線加以通信。2）天線尺寸小，推行成本低。較微波通信技術(shù)而言，大氣激光通信技術(shù)所用天線尺寸小得多，這由其定向發(fā)射、激光束準(zhǔn)直特點(diǎn)所決定。3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明。該技術(shù)對于傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或協(xié)議而言透明性高，猶如光纖一樣，無需配備高昂的復(fù)用器、網(wǎng)橋、路由器。4）安全性高，保密性強(qiáng)。該技術(shù)利用紅外激光束發(fā)散角進(jìn)行定向發(fā)射，因而光路窄，直接對準(zhǔn)光路方可接收至極窄激光束，加上傳輸碼流為專用編碼，一旦存在竊取行為，很難為頻譜儀、RF儀表所測量，因而保密性極高。5）無信號干擾，無需頻率許可證。該技術(shù)工作中不向四周發(fā)射電磁波，也不受周圍電磁輻射影響，因而設(shè)備間無信號干擾，不會擠占無線通信頻帶，其運(yùn)行無需相關(guān)部門批準(zhǔn)。6）安裝便捷，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。該技術(shù)設(shè)備使用透明，無需軟件配置，系統(tǒng)安裝中真正實(shí)現(xiàn)了即插即用，安裝便捷，較租用線路不同，只需一次性購買設(shè)備，無需后續(xù)租賃費(fèi)用。7）拓展性強(qiáng)，更新升級快。該技術(shù)所用設(shè)備容易更新升級，有助于獲取更高帶寬、更遠(yuǎn)傳送距離，所需費(fèi)用低廉。
2大氣激光通信技術(shù)的應(yīng)用
大氣激光通信技術(shù)具有其他通信技術(shù)難以匹及的應(yīng)用優(yōu)勢，因而在軍事、民用等領(lǐng)域均有較為廣泛的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在如下方面。
2.1在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
2.1.1用于指揮所通信
軍事戰(zhàn)爭中，由于各指揮所頻繁移動，因而不宜采用鋪設(shè)線路，如電纜、光纖通信技術(shù)等，而采用無線電通信容易遭到敵方攔截，因此，就距離較勁的指揮所，可利用大氣激光通信技術(shù)，即使部隊(duì)轉(zhuǎn)移位置，也可迅速與其他指揮所迅速構(gòu)建通信鏈路。此外，利用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多種通信協(xié)議的疊加，極易實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)類型的高速、大容量傳送。
2.1.2用于恢復(fù)戰(zhàn)場通信
由于戰(zhàn)場上不確定性因素眾多，戰(zhàn)爭態(tài)勢瞬息萬變，為了獲取勝利，還需對戰(zhàn)場全局信息加以把握，要求各作戰(zhàn)單位信息應(yīng)及時(shí)向指揮中樞報(bào)告，但這一過程會導(dǎo)致通信設(shè)施遭到敵方破壞，一旦短時(shí)間內(nèi)通信未恢復(fù)，將會引發(fā)嚴(yán)重后果。此時(shí)，可利用大氣激光通信技術(shù)作為臨時(shí)替代，使戰(zhàn)場通信迅速恢復(fù)。
2.1.3用于復(fù)雜地形通信
野戰(zhàn)由于戰(zhàn)斗區(qū)地形不確定性大，一旦出現(xiàn)河流、峽谷，將會導(dǎo)致電纜、光纜敷設(shè)受阻，此時(shí)還需借助大氣激光通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)野戰(zhàn)高效、保密通信。此外，在很多險(xiǎn)要地形及邊境上也需要利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)各哨所之間的大容量、高效率通信。
2.1.4用于戰(zhàn)斗單元協(xié)同通信
當(dāng)前國內(nèi)坦克、戰(zhàn)艦、戰(zhàn)斗機(jī)等相互間的協(xié)同通信多利用無線電通信實(shí)現(xiàn)，該方式極易遭到敵方強(qiáng)電磁干擾，也容易被竊聽。此外，為了滿足戰(zhàn)斗要求，要求戰(zhàn)斗單元實(shí)現(xiàn)無線電靜默，而解決此類問題的最佳方案即應(yīng)用大氣激光通信技術(shù)，但這對于APT系統(tǒng)要求較高，還需確保光發(fā)射、接收天線的精確對準(zhǔn)。當(dāng)前，大氣激光通信技術(shù)所采用激光束發(fā)散角通常較小，因而光接收端難以精準(zhǔn)對準(zhǔn)發(fā)射端的光信號，因此，為了促進(jìn)其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，還需加快完善編碼技術(shù)與APT系統(tǒng)高精度化，如此方可使其深度應(yīng)用于未來戰(zhàn)場通信系統(tǒng)中。
2.2在民用領(lǐng)域的應(yīng)用
2.2.1用于GSM基站通信
移動通信多采用租用線路、微波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)GSM基站之間的通信連接，但受帶寬限制，運(yùn)行中會遭遇諸多問題，如怎樣快速擴(kuò)建系統(tǒng)以適應(yīng)業(yè)務(wù)的迅速增長。大氣激光通信技術(shù)可在不干擾正常業(yè)務(wù)情況下迅速完成安裝，為GSM基站通信提供技術(shù)支持。
2.2.2用于校園網(wǎng)通信
大氣激光通信技術(shù)適用于醫(yī)院、學(xué)校、停車場等樓群、建筑物網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)通信。若采用普通電纜、光纜傳輸，還涉及到市政道路開挖，不僅費(fèi)用昂貴，而且手續(xù)繁瑣。而利用微波傳輸會對周圍環(huán)境、系統(tǒng)造成干擾，很難獲取相關(guān)部門批準(zhǔn)。因此，可利用大氣激光通信技術(shù)輕松解決這一問題，提升系統(tǒng)的通信性能。
2.2.3用于寬帶Internet骨干網(wǎng)通信
運(yùn)營商將多數(shù)投資用于骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，但隨著業(yè)務(wù)增長，接入骨干網(wǎng)絡(luò)的用戶不斷增多，是重新鋪設(shè)線路，還是放棄客戶成為困擾運(yùn)營商的一大難題。可以利用大氣激光傳輸技術(shù)加以解決，使運(yùn)營商高效解決用戶接入問題，促進(jìn)業(yè)務(wù)的快速、有效開展。
2.2.4用于“最后一公里”連接方案
“最后一公里”連接方案也需要利用大氣激光通信技術(shù)，特別對于新建地區(qū)，由于基礎(chǔ)設(shè)施不甚完善，因而很難接入干線網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建起用戶本地環(huán)路。該技術(shù)可以星狀網(wǎng)形式接入網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商僅需架設(shè)激光傳輸設(shè)備，即可連接空中無線網(wǎng)絡(luò)，在幾小時(shí)內(nèi)打通“最后一公里”的連接。在該技術(shù)應(yīng)用前，還需克服一些障礙。如激光鏈路視距傳輸會受到不良天氣的影響。
2.2.5用于災(zāi)后系統(tǒng)恢復(fù)
洪水、地震等自然災(zāi)害會摧毀各類通信設(shè)施，而大氣激光通信技術(shù)為通訊系統(tǒng)的應(yīng)急連接提供了行之有效的解決方案。當(dāng)移動控制中心、便攜設(shè)備構(gòu)建起臨時(shí)通信系統(tǒng)時(shí)，其相互間需架設(shè)高效的傳輸系統(tǒng)，而微波、無線電通信技術(shù)因設(shè)備間距離較近，極易產(chǎn)生干擾，而大氣激光通信技術(shù)可在幾小時(shí)內(nèi)安裝好，不會受到頻率、帶寬限制，因而應(yīng)用優(yōu)勢顯著。
2.2.6用于閉路電視保安系統(tǒng)
大氣激光通信技術(shù)還常用于閉路電視保安系統(tǒng)之中，負(fù)責(zé)圖像、聲音等信號的直接傳輸，無需進(jìn)行電纜線路架設(shè)，攝像安裝更加方便、靈活，可設(shè)置在以前難以實(shí)現(xiàn)的位置。較傳統(tǒng)方式而言，大氣激光通信系統(tǒng)優(yōu)越性多，不僅有助于削減開支，還可加快工程建設(shè)進(jìn)度。為了促進(jìn)大氣激光通信技術(shù)的深度應(yīng)用，還需克服一些障礙。如激光鏈路視距傳輸容易受到不良天氣的影響而出現(xiàn)傳輸質(zhì)量中斷、降低等情況。當(dāng)然，最大的應(yīng)用障礙在于使更多企業(yè)相信該技術(shù)傳輸?shù)目煽啃裕⑼ㄐ旁O(shè)備交付使用，以提供快速、可靠與高寬帶的連接。
3結(jié)論
一言以蔽之，作為一種靈活、便捷的新興通信技術(shù)，大氣激光通信技術(shù)已經(jīng)成為全球通信領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，其較其他通信技術(shù)而言具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，因此，可以將它與傳統(tǒng)通信方式有機(jī)結(jié)合構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，以期在未來軍事、民用領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。當(dāng)前，激光通信技術(shù)仍存在亟待攻克的問題，如編碼技術(shù)完善與APT系統(tǒng)高精度化，相信隨著該技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，大氣激光通信技術(shù)在國內(nèi)將有更為廣闊的應(yīng)用前景。
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作者：羅淋耀 單位：大同大學(xué)
