激光大气传输技术与信息光通信系统的研究

广东省佛山市顺德区均安职业技术学校 陈有添

近代通信技术的发展是近代人类物质文明高度发展的一个侧面。通信是各种形式信息的转移或传递，通常是将拟传递的信息设法加载（或调制）到某种载体上，被调制的载体传递到目的地后，再将所需信息从载体上复原。通信系统的关键有二：一是传输的媒介，二是传输的信息。在此本文提出了一个应用激光大气传输的数字图像光通信系统。

一、激光大气通信用于短程传输的优势

目前对光通信系统的通信码率进一步提高的主要障碍是在电子学。在克服这一障碍上，激光大气通信比光纤通信要占优势。

无线光通信是以激光为传输载体以大气为传输媒介的通信方式，与传统的通信方式相比较，无线光通信主要的优点如下。

第一，架设灵活便捷无线激光通信可以翻越山头，以及在江河湖海上进行通信，可以完成地对空、空对空等多种光纤通告无法完成的通信任务，因此无线激光通信对于解决最后一公里的宽带接入，对于应用于企业和校园网络，以及作为光纤冗余链路、无线临时传输手段等，有着极大的应用价值。无线激光通信可以在几小时内把宽带信道接到任何地方，而无需埋设光纤，因此大大缩短了施工周期，这对于通信运营商来说，是一种快速抢占市场的极好选择。

第二，微米级的波束发散角和稳定的方向。波束发散角与波长成正比。激光通信的工作波长一般在微米量级或更小，而和微波通信的波长范围在数百米到亚厘米之间。因此，激光通信的光束发散角比RP和微波通信至少小3到4个数量级，大约在10微弧度左右。这在军事应且上具有非常重要的意义，大大提高了军事通信的保密性。

第三，设备对电源量需求很低，只需几伏，采用本地供电，并且供电方式多种多样。

第四，常轻小的天线尺寸和系统结构。由于激光通信的波长远小于RF和微波通信的波长，在同样功能和条件下，激光通信的天线尺寸远小于RF和微波通信的天线尺寸。因此，激光通信系统的重量和体积相对就显得非常轻小。这有利于激光通信在各种航天器上的应用，尤其是在小卫星上的应用。

第五，高数据传输率，对激光脉冲进行调制解调后，激光通信可以提供高达10Gbps(每秒千兆位)量级的数据传输率远远高于目前RF及微波通信传输速度。

第六，低发射功率，高接收功率。对于接收端而言有效接收功率与波束发散角的平方成反比。由于激光通信的波束发散角远小于RP和微波通信。因此，在距离相同的情况下较之RF和微波通信，激光通信可以用更小的发射动率获得更高的接收功率。

第七，新的通信频带。由于激光通信的波长远小于RF和微波通信，因此其工作频率比目前拥挤的无线电通信频率高许多，为信息传输提供了新的通信频带。

第八，适用任何通信协议，无线激光通信产品作为一种物理层的传输设备，可以适应任何通信协议，如SONET，SONET/SDH，ATM(异步传输模式)、FD-DI(光纤分布式数据接口)、Ethernet(以太网)、Fast Ethernet(快速以太网)等，并可支持2.5Gbit/s的传输速率，用于传输数据、声音和影像等各种信息。

第九，传输容量大，微波频率大致在数GHz到数十GHz量级，而激光的频率大致在数百.THz量级，比微波高3~5个数量级，因而可以得到高得多的数据传输速率。

第十，经济性强。没有任何设计、勘察、工程和线路费等附加费用，较其它如卫星站、短波和光缆等手段每兆比特的传输费用更为经济。

从上述的特点可以看出，激光通信在科学研究和军事领域有着极为重要的应用，而它在商业上的应用前景更为广泛，潜力也更为巨大。

于是本文便提出了一个应用激光大气传输的数字图像光通信系统。上文针对传输的媒介谈了光通信的发展史，下面再针对传输的信息谈谈图像通信的发展史及国内外发展动态。

二、图像通信与激光大气通信结合的前景和设想

本文提出用大气激光作通信信道传输图像信息，是希望能充分利用大自然中这种廉价的现成资源，将它变成有效的宽带“网络”，促进数字电视市场（包括四个等级：可视电话、会议电话、数字标准清晰度电视和高清晰度电视）的开发。

当然，也许有不少人都会觉得这是天方夜谭，因为大气衰减确实是个难以克服的难题。而且裸露的激光极易被阻挡，一旦被阻挡传输就中断。要通过它来进行远距离传输是不可能的。但是本文在前面亦强调了激光大气通信用于短程通信的优势。比方说，将它用于垂直方向的点对点传输，这样便可较有效地避免经常受阻挡；此外，用于现代社会高楼林立，在两栋相距不远的高建筑物之间利用激光大气进行图像通信显然是种方便经济的优良通信手段；再举一个更具体的应用设想例子、假设一层教学楼有数个电教室，我们可以通过见面分光镜及反射镜来改变激光的光路，让它分成几路分别由各个电教室接收，只要光强足够，这些电教室就能组成“局域网”只需要一台发射机，便可以同时共享由一间电教室发送过来的图像，就如现代家庭常使用的电话分机一样。还有，前面提到通过大气传输的激光极易被阻挡，这本是它的缺点，但我们恰恰可以利用它这个缺点做成防盗监视器；甚至可以在某一适当的地方设置一支光路作监视器，在别的不易被阻挡的合适地方设置光路传输监视结果，做成多功能的监视系统。它虽然取代光纤通信或无线射频通信，但是有能力与它们共存。

我们可以将人们相互之间以及人们与外界环境之间传递或交换的信息归纳为语言、数据、图像三种主要形式。当人们用自己的感觉器官来获取，这些信息时，主要是靠视觉和听觉。据一些学者估计，由视觉获得的信息占全部信息的70%左右，因此在语言、数据、图像三种方式中，图像通信应当起到主要作用，这样才和人们获取信息的方式相匹配。然而目前的事实是图像通信远未达到语言通信的普及程度。图像通信因此而存在着巨大的发展潜力。

光通信理论亦是目前未臻于完善的理论。对空间光通信系统的理论和实验研究在我国尚处于萌芽时期，空间光通信系统将是一个有待大力进行研究并具有极大应用价值的研究领域。

本文将图像通信和光通信两种颇具潜力的新学科结合起来研究讨论，无疑又是一个新的尝试。