无线激光通信技术精选(九篇)
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第1篇：无线激光通信技术范文
【关键字】 飞行试验 无线光通信 遥测
随着我国航空工业的发展，各种新型号飞机的机载系统发展突飞猛进，这样对试飞测试提出了更高的要求，测试参数和种类的增多直接导致数据量的膨胀，同时也对遥测系统形成考验。传统遥测链路使用的是视距微波通信技术，可靠的数据传输速率在几到几十兆比特每秒量级。显然，传统遥测链路所能承载的数据量和数据种类很有限，随着试飞需求的增加，这将成为未来遥测方案设计的瓶颈，尤其针对高清视频等高速率信号传输，带宽不足的问题会更为突显。
为解决以上问题，本文旨在探索将无线光通信技术应用行试验中。无线光通信技术以光波为载频传输信息，相比于微波技术传输容量大的多，远距离传输可达Gbps级，将会给飞行试验遥测提供极大的灵活性，并且还具有高度保密，无需频谱牌照等先天优势。
一、机载光通信技术
1.1 机载无线光通信技术应用案例
国外科学家很早之前就开始对机载光通信系统进行研究，并且做了丰富的试验。
1980年在美国新墨西哥白沙导弹靶场进行飞机与地面之间的激光通信试验，试验持续三个月，总计工作200小时，激光通信设备安装在USAF-KC-135飞机上，围绕地面站飞行，相距10～100km之间，完成了用窄光束进行激光光束捕获/跟踪，对准试验认证，实现下行1000Mbps，上行200kbps的信息传输。
1996年12月美国Thermo Trex公司在San Diego进行了飞机-地面站远距离的激光通信试验。机上的APT系统，粗跟踪万向支架水平可在±180°、垂直+10°～-90°范围内转动，信标光束散角为2mrad，信号光束散角为100urad。
1.2 机载无线光通信技术简介
机载光通信技术是以飞机为平台，进行空-地或空-天无线光通信。如图1.1为机载无线光通信系统上行通信原理框图。
地面站一般是可移动式车载光端机及处理系统，根据飞行计划在地面选取合适的区域驻扎。
信标光用来进行光端机之间的光束捕获，即粗跟踪，这项技术在大致方位（一般用全球卫星定位系统（GPS）系统引导到初始位置）扫描另一端光端机的信标光从而实现光束捕获，将接收到的光信号引导到定位探测器上进行精跟踪，最后调整收发端，使光束对准。
位置误差模块为位置探测器，可以探测出光信号光斑投射到其检测面的位置，根据既定规则得出的特定位置误差传送给计算机处理，进而控制粗跟踪系统和精跟踪系统进行方位矫正，实现光束对准。
二、飞行试验中应用无线光通信技术的探讨
2.1 飞行试验中的无线光通信技术
在飞行试验中应用无线光通信系统的基本结构如图2.1所示，采集器所采集到的全部或所有需实时监控的数据都可以和记录器输出的视频数据或总线数据合路后，经过电光调制，直接通过机载无线光通信系统光端机下发给地面站。地面站将接收到的光信号经过光电转换还原，解复用各路数据流以待后续处理分析。该系统还具有上行传输能力，可以远程控制整个试飞测试系统，实现遥控遥测能力。
因为无线光通信系统的传输速率很高，应对目前飞行试验遥测的强度绰绰有余，未来的飞机系统复杂，机载系统集成度以及交换信息量会越拉越大，再加上飞机航电系统的飞速发展，在未来飞行试验中有必要加大试飞实时监控的力度，无线光通信技术应由其发展的一席之地。
2.2 飞行试验中无线光通信技术的发展方向
飞行试验遥测系统引入无线光通信技术将有效缓解及应对未来遥测数据量的增加，后期此项技术还可以继续演进。
1）微波/无线光通信复合式遥测技术
微波与光波可分别应对不同的气候状况，若将微波技术与无线光通信技术结合使用，互为冗余，那么可靠性将极大的提高，确保遥测数据可靠下传。
2）全光无线光通信技术
本文介绍的无线光通信系统整体为电-光-电类型，这种架构为系统扩容的瓶颈。所以本系统一个演进方向为全光型无线光通信系统，光信号由光纤放大器放大后直接由光纤发射，通过光学天线的整形准直发射出去，接收端由光学天线直接将光束耦合进入光纤继续传输。这样，无线光通信即可称为真正的“虚拟光纤”，可协议透明的传输的光信号。并且波分复用技术，可以使系统容量成倍的增加，不同种类的信号可以调制到不同波长上同时传输。
第2篇：无线激光通信技术范文
【关键词】激光通信技术 发展前景 应用
当前的电信体制的改革过程中，对一些先进的技术有了应用，从而将实际的工作效率得到了有效提升，激光通信技术在主要就是通过激光在大气信道当中的点对点数据的传输，来实现信息传输功能的。在这一发展背景下加强激光通信技术的理论研究就有着实质性意义。
一、激光通信技术的优势及主要特征分析
1.1 激光通信技术的优势分析
激光通信技术在当前的广泛应用主要是基于其自身的技术优势，这些优势主要体现在通信的安全保密，由于激光的直线定向传播方式，使得其自身发射的光束比较狭窄有着较好的方向性，所以在实际的数据信息传递过程中就有着较强的保密性，除非是在链路上被截断，除此之外数据不会被泄露。还有就是这一通信技术能够不需授权执照，设备间无射频信号干扰，并且在实施的成本层面较为低廉，从造价上来看是光纤通信工程的1/5左右。不仅如此，最为重要的就是建网的速度相对较快只需要进行在通信点上实施设备安装即可，并且在协议的透明性方面较好设备的尺寸小。
1.2 激光通信技术的主要特征分析
激光通信技术自身有着鲜明的特征，将激光通信和微波通信相比较而言，对无线电频率资源不会占用，并且有着较好的电磁兼容性，在抗干扰能够上也比较强。不会对人体造成危害，另外就是在通信的品质上较好，传输的带宽较大。激光通信技术通过小功率红外激光束或者是脉冲作为信道，然后在空间直接传送分组数据，再进行数据语音以及图像信息双向传送，在实际的选择性以及灵敏度方面都相对较强。
二、激光通信技术的发展前景及应用
1、激光通信技术的发展前景分析。我国的科学技术不断进步过程中，激光通信技术在今后的发展前景也将会比较广阔，激光通信技术在长时间的发展中取得了较好的成果，其在传输的远距离问题上得到了解决，并且节省了大量的通信成本，实现了和卫星技术共同发展的目标。但激光通信技术在发展中也有着一定的问题，最为重要的就是激光通信技术的发射接收的设备相对比较复杂，并且需要独立的场所放置，在安装维护的难度上相对较大。从当前的实际解决的策略来看，主要是将光纤网络与之相结合，并且对通信设备的安装维护不足问题得到了有效弥补。激光通信技术在今后的发展中，将在城市网络通信方面成为主要的应用技术，在激光通信技术的进一步发展优化过程中，其技术的优点将会得到进一步的突出。未来的发展过程中，通信技术和卫星技术的结合度将会更加的紧密，由于光纤通信技术自身的局限性，在城市网络通信中的应用汇有着诸多的不足，在这一情况下激光通信技术就会为城市通信提供重要的技术依据，从而有效的保证城市网络通信传输速率以及带宽的有效增长。
2、激光通信技术的应用。激光通信技术在实际生活当中也有着比较广泛的应用，其中在企业的内部网互联上的应用作用就比较突出，企业的局域网在各网段通常会被大楼建筑或者是道路阻断，而FS0设备的安装就比较适合应对这～问题，从而实现企业内各局域网段的互联，并能够有效的解决大楼间的复杂地貌所带来的挖沟布线的难题。另外在临时的通信以及应急抢通的场合也能得到实际的应用，在电视现场直播高质量数字图像信号过程中，采取的微波信号会受到一些因素的干扰，所以在紧急的情况下能够通过FSO加以应用，从而在抗干扰的能力上能够得到有效加强，并且还有着较大的带宽容量。对一些紧急的事故发生时需要通信，对于光缆的抢通就比较花费时间，并且在效率上也得不到有效提升，虽然微波的应用能够比较迅速，但随着通信业务的增加对实际的需求也得不到有效满足，所以通过激光通信技术不仅在效率上能够得到有效提升，同时在带宽上也能满足实际的需求。将激光通信技术在高压电的工作去数据采集以及传输方面的应用也能够得到效率上的提高，在具体的应用过程中，通过将光发射天线安装在高压区，光接收天线安装在低压区，对其数据的采集主要是通过数据在光传播中加以传输，然后再经过光接收天线对数据进行接收，在整个传输的过程中不会受到干扰，所以这就加强了实际的工作效率。
第3篇：无线激光通信技术范文
关键字：FSO、Iub接口、传输网络、大气信道
中图分类号：C39
一、 引言
自由空间激光通信FSO（Free Space Optical Communication）也被称作无线激光通信或大气激光通信。是指利用红外激光束承载信号，光波在以大气为传输媒介中进行传播的通信方式。WCDMA网络中RNC与Node B之间经过Iub接口进行连接。在无法跨越障碍，或是没有光纤线路保障的情况下而微波设备又满足不了Iub接口带宽的要求。利用拥有高带宽、架设迅速、透明传输等特点的FSO可以胜任传输接入的基站互联、大容量数据回传和传输网络成环保护。
二 、FSO简介
1. FSO原理
FSO是由激光通信机组成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号，接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。图1是FSO通信机的基本组成框图。大气激光通信机有信号源、光发射模块、光接收模块三个部分构成。光发射模块包括调制电路、半导体激光器、功率驱动电路、光发射天线及其对准装置；光接收模块由光接收天线、光学滤波器、光电探测器、放大器、解调制电路等构成。其工作过程为：功率驱动电路驱动激光器发光，把电信号变为光信号，经过发射天线发射出去，光波通过大气进行传输，探测器探测接收天线接收到微弱的光信号，把光信号变为电信号，电信号经过放大器放大后，被解调制电路解调变为原始信号，从而实现了数据的传输。
图1 FSO的基本模型
大气激光通信工作波长：850nm和1550nm。输出功率在20dbm左右，在不同的天气状况下传输损耗不同，晴朗天气最佳，传输损耗对雪是 3～10 dB/km，对雨是 10～20 dB/km，对雾是30～50 dB/km。不同波长的激光在大气中的吸收衰减也不同。传输距离由几十米到十几公里不等，最高通信速度可达2.5Gbps。大气激光通信在1KM之内有着稳定的性能和广泛的应用。
由于FSO探测器主要是SI材料的，峰值响应在850nm左右，目前FSO主要采用785-900nm红外激光波长的光波进行传送。由于调制速率与探测器匹配等问题，二氧化碳激光器无法运用其中，相信不久的将来随着技术的发展，更适宜在大气中传播的10um光波的应用，FSO在雨雾中将有更强的穿透能力，传输距离更远。
2. FSO特点
作为一种新兴的通信方式，大气激光通信相比于微波通信和光纤通信等其它通信方式具有以下的优势：
（1） 大气激光通信具有良好的保密性。由于FSO技术特点为点对点视距通信，倘若信息被截取，同时受端失去信号，发现异常。
（2） 不需要微波频段许可证，FSO不占用无线电频谱资源，且信号间没有干扰。尤其在微波频段日益紧缺的情况下，这点显得意义重大。
（3） 架设迅速，这点对于应急通信是很重要的。FSO质量轻，安装方便，在2-4小时之内就可架设使用。
（4） 透明传输协议且传输能力大，FSO支持155Mbps-2.5Gbps传输距离在1-4Km之内，在应用中基本等同于光纤通信。
无线大气激光通信的不足
无线大气激光通信也存在一些技术特性本身所决定的弱点：
（1） 在恶劣的环境下适应能力差，通信距离有限
这是因为激光在大气中衰减严重，尤其遇到大雾天气，甚至无法接通。由于激光具有光的直线传播的特性，因此无线大气激光通信只能在视距范围内实现，通信距离不如传统的微波无线通信。建议在带宽条件允许下在信号调制后加入纠错码提升系统性能。
（2） 瞄准困难
FSO能够在大气中进行传输，激光的校准和捕获至关重要，激光在大气中传输人眼看不见，这就使接收天线不易把握方位，瞄准困难。一般的无线大气激光通信系统的发射天线都设在大楼上，大风或者轻微的地震都会使天线产生晃动，造成光路的偏移，不易瞄准。随着APT（自动跟踪扫描系统）技术的研究和引入和GPS瞄准方法的应用，FSO的跟踪瞄准得到改善。
（3） 不能越过障碍物，影响应用范围
FSO是一种视距通信技术。由于激光不能穿过有形物体，例如建筑物、树木等障碍物，所以无线大气激光通信要求在发射端和接收端之间不能有阻碍光路的障碍物，否则会造成通信质量下降或者无法通信。
综上特点，FSO不仅对传输业务有要求而且对环境也有严格的要求，只有对FSO特点有充分的认识了解才能发挥出FSO独特的应用优势。
3. FSO组网
FSO 可以认定为有限速、短距离传送的光纤。组网的时候要充分考虑链路的速率要求。目前850nm、1310nm和1550nm波长信号均可通过FSO设备转换后进行传送。FSO上联速率不能超过FSO本身设备速率。FSO组建点到点传输。
三 、WCDMA网络Iub接口传输特点
3G网络在目前已经逐渐发展成熟，网络覆盖逐渐加大。由2G网络发展至3G网络，传输系统发生了很大的变化，传统的SDH设备和微波（RF）传输设备已经满足不了网络的发展要求。
1. 以SDH为基础的传输网络向MSTP网络的转变
MSTP（Multi-Service Transmission Platform）（基于SDH 的多业务传送平台）是指，基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。以承载话音为主要目的的SDH设备容量和接口能力都无法满足业务传输汇聚的要求。MSTP的引入使得不断增长的数据、图像视频等业务的接入更加便捷，由于通信发展对业务传送环境的变化MSTP得到迅速的普及。
2. Node B基站对接入层传输网络的要求
基站接入层传输网络定位在地市城域网和市县级本地网。基站接入层直面RNC到Node B之间的传输网络。接入层的网络拓扑为环形+链型，环/链的结构与基站地理位置、话务量、带宽需求和接入基站数量等相关。WCDMA演讲中R99和R4采用以ATM信元模式承载移动业务，R5、R6考虑到ATM和IP承载模式的兼容，能够支持TDM、ATM和IP处理的MSTP必然是WCDMA网络基础传输平台的最主要的实现方式。相比于2G网络RNC比MSC更佳集中，容量更大。相应的Node B相比于BTS离基站控制器距离更远。
3GPP协议体系中始终保持电路域和分组域双栈方式进行传输，电路域依旧采用E1承载，E1上承载的业务可以是ATM，也可以是IP；由于HSDPA不断提速，最高可达14.4M，NodeB需要大量E1口，管理和维护难度加大；FE承载分组域，简化NodeB出口数量，也方便带宽提速Node B基站对带宽的要求，当载频全部配置为语音时总带宽最小，一般为3-5*E1载频全部配置为数据时，总带宽最大为10-20*E1。当R5引进HSDPA后对传输要求更高。
HSDPA传输带宽，利用Iub传输带宽公式进行计算。
Iub传输带宽 = （R *Y *N） / （E * PA）
R： 用户平均速率；Y： 小区同时在线数；N： 基站包含的小区数；E： Iub接口传输效率系数， 取值0.6；PA： 传输峰均比，可以取值1.3-2.5 。
以3×1小区为例：
每小区分配5个HSDPA码字，粗略估计，需要的Iub传输带宽将达到（3.6*3） / （0.6*1.3）=13.8M，若采用E1，将需要7个目前终端最多只支持5个HSDPA码字，在相当长时间内，这个速率都能满足终端使用考虑到HSDPA和话音混合承载，一般3载扇基站最多需要6～8个E1，如果仅支持话音，1～2×E1就够了。
基站设备采用E1+FE接口完成3G业务的传送，基站语音采用3-5*E1，采用10-20E1绑定FE端口传送数据业务。Iub接口为RNC和Node B连接接口，RNC与Node B通道化接口采用STM-1＼STM-4光路端口，业务侧采用E1+FE接口。
在无法跨越障碍，或是没有光纤线路保障的情况下而微波设备又满足不了Iub接口带宽的要求。利用拥有高带宽、架设迅速、透明传输等特点的FSO可以胜任传输接入的基站互联、大容量数据回传和传输网络成环保护。如表1，光纤、微波（RF）和FSO三者传输性能的对比。
接入方式 光纤 微波（RF） FSO
常用带宽 10Gbps 8Mbps 155-2.5Gbps
有效传输距离 100Km以上 50 Km以上 1-4 Km
建设时间 1-3个月 2-4小时 2-4小时
频率许可 不需要 需要 不需要
市政许可 需要 不需要 不需要
维护难度 困难 一般 简便
成本 高昂 一般 一般
安全性 安全 不安全 安全
气候影响 低 影响大 影响大
表1 光纤、微波（RF）和FSO三者传输性能的对比
四 、基于Iub接口的FSO应用
1. 基站互联成环
由于网络扩建大量Node B基站处于简单的链状联接，无法成环保护，由于运营竞争，基站开通时间有限，在网络建设初期，光缆资源无法实现的时候，如图2，利用FSO作为传输网络的延伸，实现Node B到传输网络的接入。实现基站互联数据回传，尽量保证网络的可靠性和接通率。
图2 利用FSO实现基站数据回传
2. 链路保护
根据微波传输设备和FSO设备的性能特点，微波设备在雨天损耗较大而FSO能很好的完成传输任务，而在雾天的传输性能优于FSO。在无法敷设光缆的重要基站，可以采用RF+FSO方式开通，微波（RF）传输语音，采用FSO传输数据业务。由于语音业务为实时通信QOS要求较高，相比起另外在光缆环境不好的情况下，例如多土建施工的厂矿，河流应该用FSO作为光纤链路的备份，在MSTP传输设备设置1+1通道保护，一路光纤一路为FSO链路，当发生光缆故障时，业务自动倒换到FSO链路上，光缆恢复后，再倒换恢复。
3 . 微波改光
在实施“微改光”工程中，部分微波站点受地域和环境以及协调方面的限制，如高层楼宇、高山河流、厂矿地区、公路铁路等地区引入光纤还是非常困难的。另外，在传输网络优化和新建工程中也出现同样的光纤引入困难的情况。利用高带宽、高速率且安装方便迅速的FSO设备可以很好的解决接入问题，在气候条件和传输距离适合的地区，FSO性能优于微波（RF）设备。
4. 应急调度
在大型文艺汇演、赛事等雾光纤链路或者救灾光纤链路中断的情况下，往往现场大量的语音和数据业务需要传送，利用FSO搭建临链路响应快、安装方便2-3小时内消除故障保障通信，FSO高带宽特点对比起微波设备有着显著的优势，微波设备带宽只能满足少量的业务传递。
五、 结束语
综于FSO的技术特点，在地理和气候条件适配的地区，引入FSO设备作为光纤和微波的互补选择，适宜的网络定位使得FSO能够在3G传输网络覆盖和提升网络的稳健性等方面发挥很好的作用。
参考文献：
1. 李宏伟，赵爱新. 大气激光通信技术的特点与应用[J]，科技咨询导报，2007，NO.3，6-7
2. 黄开莉. GSM向WCDMA演进对网络运营的影响及策略研究[J]. 移动通信， 2006， （01）
3. 黄清. 3G接入传输网技术[J]移动通信， 2005，（12） .
4. 蔡卫红； 毕扬； WCDMA无线系统Iub接口传输特殊组网 [J]. 硅谷Silicon Valley， 2009年 24期
第4篇：无线激光通信技术范文
关键词：激光通信；脉冲位置调制（PPM）；可编程逻辑阵列（FPGA）；VHDL语言
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.132
1 引言
激光无线通信有着不受电磁干扰、保密性好、组网机动灵活等特点，在很多领域特别是军事领域有着广泛的应用[1]。激光通信属于能量受限的通信系统，影响其调制格式的性能指标主要有平均发射功率、系统带宽需求以及误码率的大小[2]。目前激光通信常用的调制方式是OOK（On-Off Keying）调制，它是以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭，其调制方式简单而易于实现，被广泛应用，但是其功率利用率低，抗干扰能力差[3]。研究较多的还有PPM调制、MPPM（Multiple PPM）调制和DPPM（Differential PPM）调制。通过对这几种调制格式的性能指标进行比较，结果表明，随着调制阶数的增加，PPM调制相对其他调制方式平均功率最小，光功率利用率最高，并且在平均功率相同的情况下误码率最低[4]。因此， PPM调制相比于其他调制方式应用于激光通信具有很大的优越性。
2 基于PPM调制的激光通信原理
如图1所示为基于PPM调制的激光通信原理。首先通过PPM{制模块将数字信号调制为PPM信号；然后将PPM信号的“1”、“0”分别表示为激光的强、弱，利用激光将PPM信号发射到自由空间；远处的接收装置接收到激光信号后，经过光电检测，将光信号转换为电信号，还原出PPM信号； PPM解调模块再将PPM信号还原成数字信号，从而实现激光通信。本文主要介绍PPM调制模块的设计。
3 PPM调制模块设计
3.1 PPM调制方案
本文根据PPM的基本原理，利用FPGA（Field Programmable Gate Array）的高速并行特性，使用VHDL硬件描述语言设计了一个用于激光通信的PPM调制模块。PPM调制方案如图2所示，主频经分频产生需要的时钟频率，数字信号经过采样、脉冲位置信息编码、移位输出的过程，最终形成PPM信号。
随着调制阶数的增大，PPM的光功率利用率越高，但是所需要的带宽也随之增大[5]，本文以16-PPM为例，对信源进行调制解调。传统的PPM调制采用的是单极性不归零码，正电平代表逻辑1，负电平代表逻辑0，每传输完一位数据，信号返回到零电平。如果遇到PPM编码首尾相接的情况，势必要连续发送正电流，这样使某一位码元与其下一位码元之间没有间隙，不易区分识别。采用归零码可以改善这种状况，当发“1”码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，当发“0”码时，仍然不发送电流。本文结合这两种编码方式的优点，采用占空比为50%的单极性归零码与16-PPM编码相结合的方式，对数字信号进行PPM调制。
3.1.1 时钟分频
主频频率经过分频产生采样时钟、帧时钟和时隙时钟。采样频率设计为100kHz，由于16-PPM一帧有4位二进制数据，有16个时隙，因此时隙时钟频率应为采样时钟频率的4倍，为帧时钟频率的1/4。从而时隙时钟频率为400kHz，帧时钟频率为25kHz。
3.1.2 采样
采样时钟在每个时钟上升沿数据对数据进行采集，并将采样时钟的同步计数器加一，然后将采集到的数据放入缓存器中。计数器计满4个数就清零，同时将缓存的数据并行输出。采样频率越高，采样产生的数据波形越接近原始信号波形，在FPGA资源足够的前提下，采样频率应该尽可能提高，从而保证解调还原后的数据波形更加接近原始数据波形[6]。
3.1.3 脉冲位置信息编码
将采样缓存输出的四位并行数据转换为脉冲位置信息编码，位置信息编码为16位并行数据，有且仅有一位为‘1’，其余位均为“0”，“1”，例如数据0000对应的编码为0000000000000001。
3.1.4 移位输出
每当帧时钟的上升沿到来时，就将16位脉冲位置信息编码存入移位寄存器中。当时隙时钟的上升沿到来时，移位寄存器就将存入的脉冲位置编码数据右移一位，并输出最低位数据，当时隙时钟的下降沿到来时，就将数据清零，如此便将脉冲位置信息转换为归零PPM信号。当寄存器中的16位数据完全输出时，此时帧时钟上升沿刚好到来，新的脉冲位置信息编码数据存入寄存器，如此周期循环，便将原始数字信号转换为归零PPM调制信号，实现PPM调制。
3.2 FPGA设计与仿真
FPGA的顶层模块设计如图3所示。主要包括采样模块（chuanbing）、脉冲位置编码模块（yima）、脉冲输出模块（jiyi）和一个分频（fenpin）模块。
3.2.1 采样模块的仿真
采样模块主要利用采样时钟，对数字信号进行信号采集、同步计数、缓存、输出。主要完成一个串并转换的过程，该模块的仿真波形如图4所示。
3.2.2 脉冲位置编码模块的仿真
脉冲位置编码模块将缓存输出的四位并行数据转换为16位PPM脉冲位置信息编码，该模块的仿真波形如图5所示。
3.2.3 脉冲输出模块的仿真
脉冲输出模块利用时隙时钟进行同步计数，将寄存的脉冲位置信息移位输出，并在时隙时钟的下降沿将数据置零，最终形成归零PPM调制信号，该模块的仿真波形如图6所示。
4 实验验证与分析
实验平台的连接如图7，实验系统通过PC机的串口收发数字信号，利用PC机的TXD端发送数字信号，数字信号经过PPM调制模块，产生PPM信号。PPM信号通过PPM解调模块还原为数字信号，并利用PC机的RXD端接收还原后的数字信号。将示波器的CH1通道和CH2通道分别接在PPM调制模块的输入和输出端，检验波形是否与理论相符。
4.1 实验波形的验证
图8为PPM信号调制前后的波形对比图，通过比较波形1的原始数字信号与波形2中的PPM信号， PPM信号与对应的原始数字信号相吻合，实验结果与理论一致。
4.2 误码率验证
通过对不同传输速率下的PPM调制的误码率进行实验统计，验证该通用PPM调制模块的通用性，图9是38400波特率时串口的收发数据。可以看出：该通用PPM调制模块可以满足在38400波特率以内的数据通信，误码率极低，适用性很强。
5 结论
本文将归零码与PPM相结合，设计了可用于激光通信的通用PPM调制模块，相比于传统的OOK调制具有更高的光平均利用率和更低的误码率。通过波形仿真和设计实验验证，该模块可以满足38400bps
以内的数据通信。将该PPM调制模块的IP核设计成定制的PPM调制芯片，用于激光通信的前端，可方便灵活地应用于激光通信中，降低激光通信平均功率，具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]李思静.自由空间光通信系统的研究[D].南京理工大学，2006.
[2]赵明.大气光通信调制编码技术研究[D].华中科技大学，2011.
[3]吴刚.近地无线光通信技术研究[D].复旦大学，2009.
[4]秦岭.大气激光通信中多脉冲调制系统的设计[D].西安理工大学，2007.
第5篇：无线激光通信技术范文
关键词：通信；光纤；数据传输
中图分类号：E968文献标识码： A
上世纪六十年代的高锟提出了光传输理论，真正实现产品的是在1976年，出现了实用化的光纤传输产品。上世纪八十年代开始有规模的使用PDH了，二十世纪九十年代初组建和完善了SDH标准，其主力仍然为PDH。在1994年，通信传输的首选设备就是SDH了，到了1998年，开始建设了DWDM网络，同时开始探讨ASON技术，也着手研究ASON了。大规模的对DWDM进行组建是在上世纪末的时候，开始，出现了全光网的试验工作。MSTP技术的开始出现是本世纪初，并且在工业生产中逐渐投入了试运行，到了2003年的时候，人们已经在通信技术中使用了ASON/OADM技术。同时在2005年的时候，大规模的建设和运用ASON技术，同时在骨干网络传输介质中也出现了ROADM技术。这时候，很多行业就逐渐出现了光纤通信技术，我国各行业现在都使用过光纤通信传输技术，并且很多地方都是采用光纤技术来进行数据传输的。随着光器件和LIC技术的不断发展,有效地利用了光纤的1.3㎛与1.55㎛的低损耗、低色散特性,使565Mbit/s和相当于565Mbit/s及其以下的光纤通信系统得到普及。1987年左右,1.6 Gbit/s(旧本)、1.7Gbit/s(美国)系统也投入实用。超高速光纤通信的传输方式,除目前广泛应用的光强度调制――直接检波(IM/DD)外,还提出了波分复用、相干光通信、光FDM(光频分复用)及光孤子通信等。由于IM/DD光通信方式简单,调制、解调比较容易,对器件要求比较低,所以在研究速率更高、距离更长的新通信方式的同时,仍在探讨IM/DD的通信潜力。由于近几年来超高速光器件和光电集成器件的研制成功,特别是EDFA(掺饵光纤放大器)的出现,扩大了IM/DD方式的传输能力,在传输速率和传输距离方面,每年都取得新得进展。从目前发表的实验数据看,传输速率可达到20 Gbit/s以上,传输距离超过1万km(2.5 Gbit/s)。
1 通信中的光通信技术
光通信传输技术是近几十年兴起的一种新技术，在网络发达的今天，利用光通信技术来进行数据交换，使用的很频繁。所谓的光通信，是一种以光的波为媒介来进行传输信息的通信方式。无线电波是发源比较早的通信传输数据技术，光波和无线电波一样都属于电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长要短一些。因此，相比之下光波具有传输频带宽、抗电磁干扰能力强和通信数据量大的优点。根据光波波长的长短，可以分为紫外光、可见光和红外光。其中只有可见光才能为人所看得见，其他波长的光是人看不见的。但是这些不同波长的光都能用来传输数据。如果从光源的特性上来分，可以将光分为非激光通信和激光通信。如果按照广的传输媒介来区分，可以将光分为有线光通信和无线光通信。常说的光通信传输，一般有这五种：紫外线通信、红外线通信、大气激光通信、蓝绿光通信和光纤通信。
2 光纤通信技术内涵
文章中的光通信传输技术在专业领域的应用主要是指在油气田和长输管线上的传输。文章将光通信传输介质的四种不同技术进行对比和分析，这四种技术分别是：RPR技术（也叫光以太网弹性分组环技术）、、OTN技术（光传送网技术）、SDH及基于SDH的多业务传送平台(MSTP技术)。SDH也称为同步数字体系、ATM技术（Asynchronous Transfer Mode顾名思义就是异步传输模式技术)。
2.1 光以太网弹性分组环技术
光以太网弹性分组环技术（RPR技术）对于实时性的时分复用业务，RPR技术定义了协议,在实际中需要得到进一步的验证。对于数据业务而言，RPR技术具备绝对的优势，可以根据用户的需求来分配带宽，该技术支持统计复用技术和空间复用技术，在网络正常运营的情况下，可使带宽利用率相对SDH网络提高3-4倍。RPR技术还可以对数据业务进行优化，能有效的支持IP的突发特性。
2.2 光传送网
光传送网也就是OTN技术，它是采用基于TDM体制的一种复用技术，每路信号占用在时间上固定的比特位组，信道通过位置进行标识，有独特的帧结构，可以区分不同等级速率，还能在同一网络中综合不同的网络传输协议，对于非实时性业务和实时性业务都能提供相应的承载，该技术实现了从窄带到宽带的综合业务传输。该技术的传输设备可以直接提供工业标准的通信协议接口，不需要借助其他的接入设备。缺点是该技术被垄断，设备的维护受原厂家的束缚，与其他非OTN网络进行连接总会有些莫名其妙的故障，设备的兼容性比较差。
2.3 MSTP技术
MSTP技术是SDH及基于SDH的多业务传送平台的缩写，该技术也是一种光纤传输体制，它以同步传送模块为基本概念，其模块由三部分构成：段开销(SOH)、管理单元指针（AU）和信息净负荷。MSTP技术的特点有：第一，克服了SDH设备中的一些不足，多数情况下不需要额外的接入设备，但新技术产品的增加可能会需要增加新的接入设备。第二，能利用虚容器方式来兼容各种PDH的体系。第三，SDH传输网具有智能化的路由配置能力、能方便的上下电路、监控维护管理的能力比较强、光接口的标准相对统一。
2.4 异步传输模式
异步传输模式技术也称为ATM技术，ATM虽然可以承载实时性业务中的时分复用业务，但每一个节点的延时都要大于SDH传输制式，特别是故障时系统切换时间较SDH传输制式长，所以一般在时分复用业务的承载方面不用ATM技术。
3 光纤通信传输技术的应用
根据上文所描述，可知这四种技术各有各自的优缺点。在实际应用中应该充分考虑各个技术的特点综合性的来运用这些技术服务于生产。在实际生产中，一般将光纤通信传输技术与实际的工程情况相结合，进行核算，计算出合理的工程成本。
经过分析在具体的通信传输中，其设计思路如下。先进行优化设计，选择跟实际情况相匹配的数据传输技术，其次根据实际情况和相关费用，计算出合情合理的投资费用，最后根据实际情况来选择相应的光纤传输方式，进行实地使用。既节约了成本，又保证了通信数据传输的顺畅和安全。
参考文献
[1]高嵩，裴丽，祁春慧，安丽靖，李卓轩，赵瑞峰. 色散对ROF系统性能的影响[J].光电技术应用，2009，(06).
第6篇：无线激光通信技术范文
【关键词】电子通信系统；移动卫星通信；关键技术
随着电子通信技术的发展，它同时在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们，它还在改变着社会和国家，使得国家不断发展，特别表现在卫星通信技术上。当然我国的电子通信技术还存在一些关键技术的问题，有待人们改善和加强。
1.电子通信系统概述
电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术还是信息社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会，电子通信技术无处不在，它涉及的范围也很广，包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域，还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。
电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信，此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。
2.电子通信系统关键技术问题
近几年来，电子通信技术应用十分广泛，就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看，就存在很多关键性的技术问题，有待加强和改善。移动通信技术在电子通信技术中发展范围最大最迅速，传统的蜂窝通信因为可用无线频谱资源的增加和无线信号的衰弱而变得越来越受局限。不断缩小的小区半径代表着基站的密度也在不断增加。除此之外，频繁的越区切换导致空中资源的浪费和频谱效率降低，这也使得网络建设的成本也是越来越高。从以上各种因素可以看出，要想获得更高的频谱效率和更大更充足的系统容量，就应该突破传统蜂窝体制，应用新的移动通信技术。
2.1移动通信系统关键技术问题
在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式，每个小区内都有很多个无线信号处理单元，这些单元距离都比载波波长要远得多，并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能，首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理，然后就要与核心处理单元连接，通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信，第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射，然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单，缺点则是会不断干扰系统，阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构，通过用大量的无线信号处理单元来实现，从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”，即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想，但同时它也更复杂。
分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势，第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大，第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应，还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率，还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大，反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区，还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。
子通信系统分为5层：应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层。这5层之间功能划分应明确，接口应简单，从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础：应用层是通信系统的最高层次，它实现通信系统管理功能（如初始化、维护、重构等）和解释功能（如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等）。驱动层是应用层与底层的软件接口。为实现应用层的管理功能，驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口（简称MBI）的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试，监控其工作状态，控制其和子系统主机的数据交换。传输层控制多路传输总线上的数据传输，传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。数据链路层按照MIL—STD一1553B规定。控制总线上各条消息的传输序列。物理层按照MIL—STD一1553B规定，处理1553B总线物理介质上的位流传输。应用层、驱动层在各个子系统主机上实现，传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。
2.2卫星通信系统关键技术问题
卫星通信在电子通信技术中最为先进，它也有很大的优势，包括通信距离远并且容量大，通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业，人们对信息的需求也越来越复杂多样，电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。
目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题，它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题，一个就是数据压缩技术，它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率；第二个就是智能卫星天线系统；第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究；第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术；第五个就是多址连接技术的改进和发展；第六个就是卫星激光通信技术。
未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现，激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥，因为在那里经常会应用到激光通信技术，它在外层空间进行，所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下，天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。
总而言之，电子通信系统在这个信息化时代无处不在。在电子通信系统中范围最广最常见的就是移动通信技术和卫星通信技术，移动通信技术体现在日常的电视广播网络等各种电子传输工具上，而卫星通信系统则运用在比较大型的工程上。电子通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱，所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的，掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。
【参考文献】
第7篇：无线激光通信技术范文
关键词：通信系统；措施
Abstract: in today's society, the electronic products have penetrated into people's lives, they raised a higher quality of life of service to our. With the rapid development of scientific construction of our country, the communications industry as a product of the information age, plays an important role there is nothing comparable to this, its applicability, universality, popularity is more people be obvious to people.
Keywords: communication system; measures
中图分类号：E965 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
引言：
通信技术帮助人们传达与他人之间需要的信息，具有传递速度快、传递范围广以及传递路程远等优势与特征，在极大程度上改善了人们的生活水平与质量、提高了人们的工作效率，并节省了宝贵的时间，为人们营造出了方便、快捷的生活环境，加速了社会的发展与建设，因而被世界各国所广泛采用。
一、电子通信系统的关键技术问题
近几年来， 电子通信技术应用十分广泛， 就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看，就存在很多关键性的技术问题，有待加强和改善。
1、 移动通信系统关键技术问题
在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式，每个小区内都有很多个无线信号处理单元，这些单元距离都比载波波长要远得多，并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能，首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理，然后就要与核心处理单元连接，通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信，第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射，然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单，缺点则是会不断干扰系统，阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构，通过用大量的无线信号处理单元来实现，从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”，即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想，但同时它也更复杂。
2、卫星通信系统关键技术问题
卫星通信在电子通信技术中最为先进，它也有很大的优势，包括通信距离远并且容量大，通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业，人们对信息的需求也越来越复杂多样，电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。
目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题，它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带 IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题，
2.1 数据压缩技术，它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率。
2.2 智能卫星天线系统。
2.3 宽带 IP卫星通信技术的研究。
2.4 新型高效的数字调制及信道编码技术。
2.5 多址连接技术的改进和发展。
2.6 卫星激光通信技术。
未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现，激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥，因为在那里经常会应用到激光通信技术，它在外层空间进行，所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下，天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的
二、我国通信行业服务质量的改善措施
1 树立正确的思想观念
若想提高通信行业的服务质量，首先必须要提升、优化内部员工的思想观念。对于公司管理人员的要求更需严格提高，使管理人员明白服务质量是企业战略制定的关键。人是直接参与施工的组织者、指挥者和操作者，作为控制对象，要避免产生失误，作为控制动力，要充分调动人的积极性，发挥人的主导作用。为此，除了加强对施工队伍人员的劳动纪律教育、职业道德教育、专业技术培养、健全岗位责任制、改善劳动条件外，还要根据工程特点，对技术复杂、难度大、精度高的工序或操作，由技术熟练、经验丰富的施工人员来完成，严格禁止无技术资质的人员上岗操作。
2 用心理解客户，及时反思、检讨
通信行业是一种特殊的服务行业，客户对通信行业服务质量的衡量是一种体现在使用过程中的感受。思索客户所需要的是何种服务，怎样才能够加以改善，以致全面满足客户的要求。对于工程项目来说，质量是关键，器材是保障。建设监理要了解通信设备及器材的质量、 性能、特点、技术参数，必须把好质量关。特别是通信线路方面的器材，更应该注重适用地点的气候条件、地理环境等因素，验证产品的合格证、使用许可证、入网证，杜绝“三无” 产品和以旧充新、以坏充好的伪劣产品，避免器材质量问题影响整个工程质量和使用寿命。
3 统一整合、完善一线服务流程
鉴于直接与客户沟通的一线服务人员工作量大，不仅要面对诸多不同的客户，还要努力学习企业各项业务知识等，因此，若要全面提升通信行业的服务质量，必须统一整合、完善一线服务流程。最好将一线工作人员明确分工，设置专人专门与客户沟通;另设置业务咨询，专门为客户提供讲解企业项目内容等。只有分工明确，完善一线服务流程，减轻一线员工的工作压力，员工才能够以最好的状态服务客户。至于一线管理人员，应避免多头管理这一弊端，独设一人为前台主管即可，所有服务营销的指令均由一位主管人员或一个部门下达。
4、环境控制
通信工程项目由于点多面广、施工周期长、流动性大等特点，不同的工程影响工程质量的环境因素也不同，要根据工程技术环境、劳动环境、工作环境等具体条件和特点，采取有效的措施来控制环境因素对工程质量的影响。尤其是施工现场，应建立文明施工和文明生产的环境，杜绝“野蛮”施工和违规施工，保持器材、工料堆放有序，道路畅通，为确保工程质量、安全创造良好的条件
5、保证实际服务内容的真确性
任何企业唯有在客户中树立良好的口碑，才能够长久的以诚信立足于客户的心目中。因此，企业在宣传、广告时，应实事求是，不虚假的宣传，过度夸张的宣传同样会被公众视之为“造假”。因此，在广告或进行宣传时，应尊重客户的知情权，不仅宣传自己企业或产品的优点，同时也不应完全掩盖自己企业或产品的缺点，使客户后知后觉，留下负面印象。通信行业提升服务质量并非是一朝一夕之事，应从平时便加强对员工素养的培训，全面提升企业所有员工的整体思想观念与服务意识，力求使企业各部门相辅相承，优化各项业务与服务的流程，才能够真正提高企业的整体服务质量。
三、新时期通信行业发展面临的挑战与机遇
1 技术进步带来的发展空间
随着科学技术和信息技术的不断发展，多元文化背景促使现代通信行业进入了更广阔的发展空间，计算机与通信技术的融合，新的通讯产品不断出现和升级，在西方发达国家的通信技术不断发展的同时，也为我国通信行业带来了新的发展机遇。
2、我国在通信行业不断建立和完善的法律法规为通信产业的发展提供了良好的环境。
随着三网融合力度的不断扩大，其在我国通信行业也取得了较大的进展。我国先后颁布了《电子信息产业调整和振兴规划》等文件，通过直接和间接两个途径为我国通信产业发展创造良好的环境，促进通信产业的不断发展。
3、在经受了金融危机的严重打击后，我国经济恢复了良好的发展势头，为通信产业的发展提供了有效的经济支持。在国家宏观政策如货币政策、财政政策等方面都为通信行业的发展提供了便捷的途径，使得我国经济回升的良好势头得以保持的同时，也推动了通信市场的不断发展。
4、产业结构的调整为通信产业发展提供了更多的机遇。随着我国经济结构和产业结构的调整，并且将其作为未来一段时间内我国经济工作的主要内容，而加快信息技术与工业发展的有机结合正是进行产业结构调整最为有效的方式。
四、结束语
总而言之，通信技术的适用性、广泛性与影响力不言而喻，电子通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱，所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的，掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。
参考文献：
第8篇：无线激光通信技术范文
关键词:激光无线通信;精跟踪;APT系统;PZT控制器
中图分类号:TP211.6文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)19-004-03
Precision Tracking System in Wireless Laser Communication Based on FPGA
YIN Chaoliang,AI Yong
(College of Electronic Information,Wuhan University,Wuhan,430079,China)
Abstract:Precision tracking is a key technology in beacon′s acquisition,pointing and tracking system of wireless laser communication.The precision tracking system′s every part is introduced,it uses high frame rate CMOS camera to acquisition facula of the beacon,qualitative-force to calculate facula center,uses high speed DAC,PZT controller and high-precision galvano-meter mirror as optical control system,and incremental PID algorithm as the tracking algorithm.Then using Altera′s Cyclone series FPGA chip as the whole system′s controller to develop a separate low-power portable precision tracking platform,which can meet the application of scientific research project.
Keywords:wireless laser communication;precision tracking;APT system;PZT controller
0 引 言
以大气作为传输介质,激光作为信息载体进行无线通信时,空-地激光无线通信是激光无线通信的一种常见形式,信标光的准确捕获、瞄准与跟踪(Acquisition,Pointing and Tracking,APT)是其关键技术,APT系统主要用于建立和维持激光通信链路,是进行激光无线通信的关键技术。由于激光光束窄、发散角小,在大气传输过程中存在大气散射、折射、湍流等现象,再加上激光通信平台的振动等因素,会造成激光光束偏离目标,使得瞄准、捕获和跟踪技术问题变得十分突出[1,2]。
APT系统分为粗跟踪系统和精跟踪系统。粗跟踪系统主要负责完成信标光的初始时期的大范围扫描和捕获,引导信标光光斑进入精跟踪视场,跟踪精度和带宽较低;精跟踪系统主要负责完成信标光的精确跟踪和锁定,国内外已进行了有关精跟踪的不少研究[3-5],它所要求的跟踪精度和带宽较高,它的精度和带宽决定了整个APT系统的精度和带宽,同时它的另一个主要功能是克服因大气扰动和平台振动造成的信标光光斑抖动,维持稳定的激光通信链路。针对目前激光无线通信所要用到的关键技术,和空-地激光无线通信终端应具有集成度高、功耗低、体积小和重量轻等一系列特点,本文设计了一种以FPGA作为控制芯片的精跟踪系统。
1 系统组成及功能概述
以Altera公司的Cyclone系列FPGA为控制核心的双FPGA系统,一块用于控制高帧频相机,并将图像数据通过基于1394协议接口的传输线传输到另一块FPGA,在第二块FPGA中进行光斑坐标提取和完成跟踪算法,系统使用一款基于Cameralink接口的高帧频CMOS相机作为图像传感器采集信标光光斑,以高速数/模转换芯片DAC712P、双通道PZT控制器和高精度PZT振镜用于构成光路偏转控制系统。PC机用于设定相机工作参数,与FPGA板间数据通信采用Cypress公司提供的支持USB 2.0协议的CY7C68013芯片。
如图1所示为系统的组成框图,在终端设备中,由光学天线接收到的信标光经过高帧频CMOS相机转换为灰度图像,FPGAⅠ将灰度图像数据由Cameralink接口接收后,经过重新组合,然后通过基于1394协议的接口芯片转换为串行差分信号发送至图象处理板,板上的FPGA Ⅱ把图像数据接收后放入其内部的一级缓存RAM中,再从一级缓存中取出数据通过乒乓操作将其存放到其外部的二级缓存PSRAM阵列中,然后FPGAⅡ把图像数据从PSRAM阵列中取出,采用质心算法计算光斑中心坐标,并把图像数据通过USB接口控制模块发送到PC机进行显示,便于用户实时监测。同时把计算出的光斑中心坐标根据PID跟踪算法计算出偏置调节量,通过数模转换芯片DAC712P转换为模拟信号后经过PZT控制器实现信号放大,最后使PZT振镜在两路实时程控电压的控制下进行相应的二维偏转,实现对因大气湍流等因素造成的接收光束的抖动进行实时补偿,达到稳定接收光斑中心位置,维持稳定的激光通信链路目的。
图1 系统组成框图
2 系统硬件部分设计
2.1 光斑采集及处理部分
光斑采集及处理部分主要由高帧频CMOS相机MV-D1024E和对其进行控制的FPGA组成。采用的两块FPGA均是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8,具有5 980个逻辑单元,120 000个典型门资源和185个可编程I/O口,最高工作时钟可达300 MHz以上,核心供电电压为1.5 V,I/O供电电压3.3 V,通过JTAG实现系统配置[6]。配置芯片EPC4串行ROM容量约为4 MB,可重复编程50次左右,JTAG接口符合IEEE Std.1149.1标准。
MV-D1024E是高速高动态的CMOS相机系列[7],采用CMOS主动像元技术,具有12位的采样分辨率和1 024×1 024的像素分辨率,在此分辨率下帧频能达到150帧/s,曝光时间由10 μs~0.41 s,25 ns步进可调,采用Camera Link接口,用串行口对相机进行配置。相机时序由帧频FVAL、行频LVAL和数据帧DVAL控制,当它们同时为高电平时,在相机时钟PCLK上升沿时数据总路线上才有数据。
在光斑中心提取算法中,采用较为实用的质心法,该算法计算简单,便于FPGA实现,因其抗噪声干扰能力较弱,当噪声增大时,光斑中心提取精度降低,则系统选取了灰度加权质心法来计算光斑中心。若目标区域为N×N,则质心的位置为:
xc=∑Ni=1i×f(i,j)∑Ni=1∑Nj=1f(i,j),
yc=∑Ni=1j×f(i,j)∑Ni=1∑Nj=1f(i,j)
(1)
式中:i,j为目标区中像元的横纵坐标;f(i,j)为像元的灰度值。质心法反映了目标的能量分布状况。该算法适用于类似于精跟踪系统接收视场小而光班范围相对较大的情况。
2.2 数据传输及通信接口部分
Camera Link用于相机和FPGA板间的数据交换,其传输率高达1 Gb/s,且抗噪较好,可以提供高分辨率和各种帧频的数字化数据,数据输出采用了LVDS格式,根据应用要求,其支持基本(Base)、中档(Medium)、全部(Full)等数字格式,该接口具有开放式的接口协议,兼容性好[8]。它适用于CCD或CMOS等数字式相机与图像采集系统间的通信接口。
USB接口用于FPGA与PC机间的数据和指令的交换,其具有高速度、低成本、低功耗、即插即用和使用维护方便等优点,采用IEEE1394总路线协议,最高带宽可达到480 Mb/s。采用Cypress公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C68013。
2.3 光路偏转控制部分
光路偏转控制系统以高速转换芯片DAC712P、双通道PZT控制器和高精度PZT振镜构成,采用的16位双通道高速数模转换芯片DAC712P,电压输出时间小于10 μs,其输出电压直接用于双通道PZT控制器的输入,PZT控制器选用德国PI公司的E-503 PZT控制功率放大器,输入电压范围为0~10 V,输出电压范围为0~100 V,其电压频率响应曲线如图2所示[9]。PZT振镜选用了德国PI公司的S-330,该PZT振镜采用压电陶瓷驱动,频率响应度高且具有极高的定位精度。
图2 PZT控制器电压频率响应曲线
跟踪控制算法采用PID控制算法,该算法包括位置式PID控制算法和增量式PID控制算法,而在实时控制系统中常用增量式PID控制算法,其公式为:
Δu(k)=u(k)-u(k-1)=
KPe(k)-e(k-1)+TSTIe(k)+
TDTS[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
(2)
式中:Δu(k)为输出的控制量。q0=KP,q1=KP•(TS/TI),q2=KP•(TD/TS)分别为比较项、积分项和差分项的系数,TS为采样时间,对于不同的控制系统,TS各不相同,要根据实际调试经验来确定。
3 软件部分设计
此部分包含了上位机和下位机软件设计,下位机FPGA采用由Altera公司的集成开发环境Quartus Ⅱ、Mentor Graphics公司的ModelSim SE进行开发,采用Verilog HDL语言进行编写,上位机使用Microsoft公司的VC++6.0软件工具进行开发。Quartus Ⅱ通过JTAG对FPGA进行调试、配置下载,VC应用程序通过USB接口与CMOS相机控制电路板、图像处理电路板进行连接通信。整个系统流程图如图3所示。
图3 系统流程图
4 试验结果及分析
图4为精跟踪系统评价曲线图,此实验数据由相距16 km的外场激光无线通信时,使用APT系统得到的,图4(a)为未加入精跟踪时信标光斑在精跟踪接收视场内的坐标曲线,图4(b)为加入精跟踪后的坐标曲线,由两图对比可知,加入精跟踪后,光斑比较稳定,集中度较好,将集中效率提高了70%左右,跟踪精度为5~25 μrad,由外场激光通信效果来看,明显降低了通信误码率,减弱了因大气湍流和通信平台的震动而引起的信
标光斑抖动时对通信造成的影响。但是,系统对平台抖动剧烈时跟踪效果不很理想,跟踪精度还不够。
图4 精跟踪系统评价曲线
系统由基于FPGA的硬件平台实现,降低了对PC机的依赖性,为低功耗便携式平台提供了参考。还待加强的问题有:提高光斑定位精度,缩短信标光斑定位、跟踪算法时间开销,改进跟踪算法提高鲁棒性和提高系统的跟踪精度。
参考文献
[1]Leitgeb E,Gebhart M,Fasser P,et al.Impact of Atmosphe-ric Effects in Free Space Optics Transmission Systems[A].SPIE[C].2003:86-97.
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第9篇：无线激光通信技术范文
从20世纪60年代至今，对于空间光通信的研究已经有了几十年的历史，取得了许多成果。本文整体回顾了FSO的发展历史和现状，并对其未来的发展趋势进行了简单分析。
一、空间光通信发展和应用
（一）发展历史
20世纪60年代，激光器的发明标志着激光通信技术的开端。然而在之后的若干年间，由于各方面原因，激光技术的研究和应用集中在地面光纤通信领域，而空间光通信技术停滞不前。直到20世纪七八十年代，随着科技的进步和人类对通信技术更高需求的产生，针对空间光通信的研究开始进入高速轨道，各种地面试验以及测试平台的研究得到了广泛的开展。
（二）国内外发展现状
国外在FSO领域已经开始了近10年的研究，但是FSO产品真正投入使用也就是最近几年的事情。美国、英国、加拿大等国的十几家厂商正在从事FSO的相关研发工作。目前，国际市场上AirFiber、LightPointe等公司是推广FSO技术的先行者。而Terabeam公司和Airriber公司已将FSO应用于商业服务;尤其是Terabeam公司，在2000年悉尼奥运会上成功地使用FSO设备进行图像传送，在西雅图的四季饭店也成功地利用FSO设备向客户提供100Mb/s的数据连接。
就国内FSO的发展来说，还基本在起步阶段。FSO设备最初来到中国应该在2000年前后，那时国内从事FSO研究的主要是一些具有军方研究项目的研究所。目前还没有一家公司规模性的生产FSO设备。当然这也有FSO设备由于本身的可靠性，在国内暂时不被运营商看好的因素。
（三） 应用领域
FSO以其独特的性质，在很多领域都能有广泛的应用，例如：
1.城域网的扩展。通信服务厂商在骨干网建设上花费大量资金， 以提升网络整体性能，来满足快速发展的市场需求。FSO可以用于扩展已有的城域网，将新的网络与骨干网相连接。
2.企业、校园互连。由于FSO是以小功率的红外激光束为载体，可将收发器装设在楼顶或窗外传输数据。FSO的灵活性使它可以应用于许多企业和学校的局域网。以FSO来代替光纤，不但能降低成本，而且具有更高的传输速度。
3.军事应用。FSO具有高保密性和安装快捷的特性，因而被广泛应用于军事场所。
4.作为光纤的补充。目前大多数电信运营商都采用两条光纤连接来保证所构建的商业应用网的安全，现在，运营商无需部署两条光纤链路，可以选择FSO系统作为备份光纤的冗余链路，以节省投资。
5.无线基地台数据的回传。FSO也可用来接入移动电话基地台与交换中心，将基地台接收的信号传至与有线公用电话网相连的交换中心设备。
（四） 性能缺陷
FSO也具有一定的缺点。比如，其光束在传输中极易受大雾等恶劣天气，物理阻隔或建筑物的晃动/地震的影响。在恶劣的天气下，光束传输的距离会下降，从而降低通信的可靠性，严重的甚至会造成通信中断。由于激光的发散角度比较小、方向性较强，FSO系统的实现起来比较困难，难以保证其精度。激光在大气中传播时容易受到天气的影响，大气湍流、大气衰减等效应会对信号造成干扰。点对点的传输特性使组网应用时难以大规模的覆盖。
二、FSO的技术原理
FSO系统是以大气作为传输媒介来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。
FSO系统主要由光发送机、光接收机、光学天线（透镜组和滤波片）和大气信道以及捕获、跟踪及瞄准（ATP）子系统组成，电信号经过调制器调制到由激光器产生的光载波上，再通过光学发射天线对光束整形将光信号发射到大气空间。光信号经大气信道传输，到达接收端，光学天线将接收到的光信号聚焦至光电探测器转化成电信号，经放大滤波处理，再解调成原信息。
三、FSO的未来发展分析
