大气激光通信技术与应用

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摘要大气激光通信技术以激光光波为载波，以大气为传输介质，结合了光纤通信、微波通信两大技术优势，不仅容量大、传输速度快，而且无需铺设光纤，因而应用优势显著。文章结合大气激光通信技术原理与特点，分别从民用、军事两方面出发，就大气激光通信技术的应用加以探讨，以供参考与借鉴。

关键词大气激光通信技术；民用；军事；应用

1大气激光通信技术的原理与特点

激光通信是以激光光束为信息载体，用以传送信息的通信方式，与传统电通信相似，激光通信包括两种，即有线与无线激光通信。前者即以光导纤维为传输媒质的光纤通信技术，如今已经发展成为高速有线信息传输之骨干技术；后者即所谓的大气激光通信技术，作为一种无线连接方式，其借助高功率二极管、激光管生成的激光作为载波，以视距内两点间的互通而设计，可实现数据、视频、语音信号的传输。大气激光通信技术原理与无线电通信相似，由两台激光通信工具构成通信系统，为使激光通信具备全双工通信能力，各系统均具备信号调制电路、激光器与光发射天线，激光发射过程中，受调制信号途径调制电路促使激光器发光，确保承载信号的激光借助光学天线进行受控扩散光束的发射，以实现天线接受。接收过程中，系统借助光学天线收集光信号，并汇聚到光电探测器上，并将该光信号成功转换为电信号，经滤波解调成功获取原信息。大气激光通信技术具有如下特点：1）光波频带宽，信息容量大。由于光频比微波基频高出千倍，因而赋予该技术极高的潜在传输速率，其信息载体可传输超过10Gbps数据码率，若能同时利用光频带宽，则全球可同时利用一束光线加以通信。2）天线尺寸小，推行成本低。较微波通信技术而言，大气激光通信技术所用天线尺寸小得多，这由其定向发射、激光束准直特点所决定。3）网络协议透明。该技术对于传输网络系统或协议而言透明性高，犹如光纤一样，无需配备高昂的复用器、网桥、路由器。4）安全性高，保密性强。该技术利用红外激光束发散角进行定向发射，因而光路窄，直接对准光路方可接收至极窄激光束，加上传输码流为专用编码，一旦存在窃取行为，很难为频谱仪、RF仪表所测量，因而保密性极高。5）无信号干扰，无需频率许可证。该技术工作中不向四周发射电磁波，也不受周围电磁辐射影响，因而设备间无信号干扰，不会挤占无线通信频带，其运行无需相关部门批准。6）安装便捷，经济实用。该技术设备使用透明，无需软件配置，系统安装中真正实现了即插即用，安装便捷，较租用线路不同，只需一次性购买设备，无需后续租赁费用。7）拓展性强，更新升级快。该技术所用设备容易更新升级，有助于获取更高带宽、更远传送距离，所需费用低廉。

2大气激光通信技术的应用

大气激光通信技术具有其他通信技术难以匹及的应用优势，因而在军事、民用等领域均有较为广泛的应用，主要体现在如下方面。

2.1在军事领域的应用

2.1.1用于指挥所通信

军事战争中，由于各指挥所频繁移动，因而不宜采用铺设线路，如电缆、光纤通信技术等，而采用无线电通信容易遭到敌方拦截，因此，就距离较劲的指挥所，可利用大气激光通信技术，即使部队转移位置，也可迅速与其他指挥所迅速构建通信链路。此外，利用该技术可实现多种通信协议的叠加，极易实现多种数据类型的高速、大容量传送。

2.1.2用于恢复战场通信

由于战场上不确定性因素众多，战争态势瞬息万变，为了获取胜利，还需对战场全局信息加以把握，要求各作战单位信息应及时向指挥中枢报告，但这一过程会导致通信设施遭到敌方破坏，一旦短时间内通信未恢复，将会引发严重后果。此时，可利用大气激光通信技术作为临时替代，使战场通信迅速恢复。

2.1.3用于复杂地形通信

野战由于战斗区地形不确定性大，一旦出现河流、峡谷，将会导致电缆、光缆敷设受阻，此时还需借助大气激光通信技术，实现野战高效、保密通信。此外，在很多险要地形及边境上也需要利用该技术实现各哨所之间的大容量、高效率通信。

2.1.4用于战斗单元协同通信

当前国内坦克、战舰、战斗机等相互间的协同通信多利用无线电通信实现，该方式极易遭到敌方强电磁干扰，也容易被窃听。此外，为了满足战斗要求，要求战斗单元实现无线电静默，而解决此类问题的最佳方案即应用大气激光通信技术，但这对于APT系统要求较高，还需确保光发射、接收天线的精确对准。当前，大气激光通信技术所采用激光束发散角通常较小，因而光接收端难以精准对准发射端的光信号，因此，为了促进其在军事领域的应用，还需加快完善编码技术与APT系统高精度化，如此方可使其深度应用于未来战场通信系统中。

2.2在民用领域的应用

2.2.1用于GSM基站通信

移动通信多采用租用线路、微波系统实现GSM基站之间的通信连接，但受带宽限制，运行中会遭遇诸多问题，如怎样快速扩建系统以适应业务的迅速增长。大气激光通信技术可在不干扰正常业务情况下迅速完成安装，为GSM基站通信提供技术支持。

2.2.2用于校园网通信

大气激光通信技术适用于医院、学校、停车场等楼群、建筑物网络间互联通信。若采用普通电缆、光缆传输，还涉及到市政道路开挖，不仅费用昂贵，而且手续繁琐。而利用微波传输会对周围环境、系统造成干扰，很难获取相关部门批准。因此，可利用大气激光通信技术轻松解决这一问题，提升系统的通信性能。

2.2.3用于宽带Internet骨干网通信

运营商将多数投资用于骨干网络建设，但随着业务增长，接入骨干网络的用户不断增多，是重新铺设线路，还是放弃客户成为困扰运营商的一大难题。可以利用大气激光传输技术加以解决，使运营商高效解决用户接入问题，促进业务的快速、有效开展。

2.2.4用于“最后一公里”连接方案

“最后一公里”连接方案也需要利用大气激光通信技术，特别对于新建地区，由于基础设施不甚完善，因而很难接入干线网络，构建起用户本地环路。该技术可以星状网形式接入网络，运营商仅需架设激光传输设备，即可连接空中无线网络，在几小时内打通“最后一公里”的连接。在该技术应用前，还需克服一些障碍。如激光链路视距传输会受到不良天气的影响。

2.2.5用于灾后系统恢复

洪水、地震等自然灾害会摧毁各类通信设施，而大气激光通信技术为通讯系统的应急连接提供了行之有效的解决方案。当移动控制中心、便携设备构建起临时通信系统时，其相互间需架设高效的传输系统，而微波、无线电通信技术因设备间距离较近，极易产生干扰，而大气激光通信技术可在几小时内安装好，不会受到频率、带宽限制，因而应用优势显著。

2.2.6用于闭路电视保安系统

大气激光通信技术还常用于闭路电视保安系统之中，负责图像、声音等信号的直接传输，无需进行电缆线路架设，摄像安装更加方便、灵活，可设置在以前难以实现的位置。较传统方式而言，大气激光通信系统优越性多，不仅有助于削减开支，还可加快工程建设进度。为了促进大气激光通信技术的深度应用，还需克服一些障碍。如激光链路视距传输容易受到不良天气的影响而出现传输质量中断、降低等情况。当然，最大的应用障碍在于使更多企业相信该技术传输的可靠性，并将通信设备交付使用，以提供快速、可靠与高宽带的连接。

3结论

一言以蔽之，作为一种灵活、便捷的新兴通信技术，大气激光通信技术已经成为全球通信领域的一大热点，其较其他通信技术而言具有显著的应用优势，因此，可以将它与传统通信方式有机结合构建通信网络，以期在未来军事、民用领域发挥更大的作用。当前，激光通信技术仍存在亟待攻克的问题，如编码技术完善与APT系统高精度化，相信随着该技术的进步和发展，大气激光通信技术在国内将有更为广阔的应用前景。

参考文献

[1]刘志刚.大气激光通信技术及应用[J].通讯世界，2018（8）：11-12.

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[3]蒋丽娟.大气激光通信技术及其应用[C]//广西壮族自治区科学技术协会.广西光学学会2002年学术年会论文集，广西壮族自治区科学技术协会：广西壮族自治区科学技术协会，2002：4.

作者：罗淋耀 单位：大同大学