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第1篇：無線激光通信技術范文

【關鍵字】 飛行試驗 無線光通信 遙測

隨著我國航空工業的發展，各種新型號飛機的機載系統發展突飛猛進，這樣對試飛測試提出了更高的要求，測試參數和種類的增多直接導致數據量的膨脹，同時也對遙測系統形成考驗。傳統遙測鏈路使用的是視距微波通信技術，可靠的數據傳輸速率在幾到幾十兆比特每秒量級。顯然，傳統遙測鏈路所能承載的數據量和數據種類很有限，隨著試飛需求的增加，這將成為未來遙測方案設計的瓶頸，尤其針對高清視頻等高速率信號傳輸，帶寬不足的問題會更為突顯。

為解決以上問題，本文旨在探索將無線光通信技術應用行試驗中。無線光通信技術以光波為載頻傳輸信息，相比于微波技術傳輸容量大的多，遠距離傳輸可達Gbps級，將會給飛行試驗遙測提供極大的靈活性，并且還具有高度保密，無需頻譜牌照等先天優勢。

一、機載光通信技術

1.1 機載無線光通信技術應用案例

國外科學家很早之前就開始對機載光通信系統進行研究，并且做了豐富的試驗。

1980年在美國新墨西哥白沙導彈靶場進行飛機與地面之間的激光通信試驗，試驗持續三個月，總計工作200小時，激光通信設備安裝在USAF-KC-135飛機上，圍繞地面站飛行，相距10～100km之間，完成了用窄光束進行激光光束捕獲/跟蹤，對準試驗認證，實現下行1000Mbps，上行200kbps的信息傳輸。

1996年12月美國Thermo Trex公司在San Diego進行了飛機-地面站遠距離的激光通信試驗。機上的APT系統，粗跟蹤萬向支架水平可在±180°、垂直+10°～-90°范圍內轉動，信標光束散角為2mrad，信號光束散角為100urad。

1.2 機載無線光通信技術簡介

機載光通信技術是以飛機為平臺，進行空-地或空-天無線光通信。如圖1.1為機載無線光通信系統上行通信原理框圖。

地面站一般是可移動式車載光端機及處理系統，根據飛行計劃在地面選取合適的區域駐扎。

信標光用來進行光端機之間的光束捕獲，即粗跟蹤，這項技術在大致方位（一般用全球衛星定位系統（GPS）系統引導到初始位置）掃描另一端光端機的信標光從而實現光束捕獲，將接收到的光信號引導到定位探測器上進行精跟蹤，最后調整收發端，使光束對準。

位置誤差模塊為位置探測器，可以探測出光信號光斑投射到其檢測面的位置，根據既定規則得出的特定位置誤差傳送給計算機處理，進而控制粗跟蹤系統和精跟蹤系統進行方位矯正，實現光束對準。

二、飛行試驗中應用無線光通信技術的探討

2.1 飛行試驗中的無線光通信技術

在飛行試驗中應用無線光通信系統的基本結構如圖2.1所示，采集器所采集到的全部或所有需實時監控的數據都可以和記錄器輸出的視頻數據或總線數據合路后，經過電光調制，直接通過機載無線光通信系統光端機下發給地面站。地面站將接收到的光信號經過光電轉換還原，解復用各路數據流以待后續處理分析。該系統還具有上行傳輸能力，可以遠程控制整個試飛測試系統，實現遙控遙測能力。

因為無線光通信系統的傳輸速率很高，應對目前飛行試驗遙測的強度綽綽有余，未來的飛機系統復雜，機載系統集成度以及交換信息量會越拉越大，再加上飛機航電系統的飛速發展，在未來飛行試驗中有必要加大試飛實時監控的力度，無線光通信技術應由其發展的一席之地。

2.2 飛行試驗中無線光通信技術的發展方向

飛行試驗遙測系統引入無線光通信技術將有效緩解及應對未來遙測數據量的增加，后期此項技術還可以繼續演進。

1）微波/無線光通信復合式遙測技術

微波與光波可分別應對不同的氣候狀況，若將微波技術與無線光通信技術結合使用，互為冗余，那么可靠性將極大的提高，確保遙測數據可靠下傳。

2）全光無線光通信技術

本文介紹的無線光通信系統整體為電-光-電類型，這種架構為系統擴容的瓶頸。所以本系統一個演進方向為全光型無線光通信系統，光信號由光纖放大器放大后直接由光纖發射，通過光學天線的整形準直發射出去，接收端由光學天線直接將光束耦合進入光纖繼續傳輸。這樣，無線光通信即可稱為真正的“虛擬光纖”，可協議透明的傳輸的光信號。并且波分復用技術，可以使系統容量成倍的增加，不同種類的信號可以調制到不同波長上同時傳輸。

第2篇：無線激光通信技術范文

【關鍵詞】激光通信技術 發展前景 應用

當前的電信體制的改革過程中，對一些先進的技術有了應用，從而將實際的工作效率得到了有效提升，激光通信技術在主要就是通過激光在大氣信道當中的點對點數據的傳輸，來實現信息傳輸功能的。在這一發展背景下加強激光通信技術的理論研究就有著實質性意義。

一、激光通信技術的優勢及主要特征分析

1.1 激光通信技術的優勢分析

激光通信技術在當前的廣泛應用主要是基于其自身的技術優勢，這些優勢主要體現在通信的安全保密，由于激光的直線定向傳播方式，使得其自身發射的光束比較狹窄有著較好的方向性，所以在實際的數據信息傳遞過程中就有著較強的保密性，除非是在鏈路上被截斷，除此之外數據不會被泄露。還有就是這一通信技術能夠不需授權執照，設備間無射頻信號干擾，并且在實施的成本層面較為低廉，從造價上來看是光纖通信工程的1/5左右。不僅如此，最為重要的就是建網的速度相對較快只需要進行在通信點上實施設備安裝即可，并且在協議的透明性方面較好設備的尺寸小。

1.2 激光通信技術的主要特征分析

激光通信技術自身有著鮮明的特征，將激光通信和微波通信相比較而言，對無線電頻率資源不會占用，并且有著較好的電磁兼容性，在抗干擾能夠上也比較強。不會對人體造成危害，另外就是在通信的品質上較好，傳輸的帶寬較大。激光通信技術通過小功率紅外激光束或者是脈沖作為信道，然后在空間直接傳送分組數據，再進行數據語音以及圖像信息雙向傳送，在實際的選擇性以及靈敏度方面都相對較強。

二、激光通信技術的發展前景及應用

1、激光通信技術的發展前景分析。我國的科學技術不斷進步過程中，激光通信技術在今后的發展前景也將會比較廣闊，激光通信技術在長時間的發展中取得了較好的成果，其在傳輸的遠距離問題上得到了解決，并且節省了大量的通信成本，實現了和衛星技術共同發展的目標。但激光通信技術在發展中也有著一定的問題，最為重要的就是激光通信技術的發射接收的設備相對比較復雜，并且需要獨立的場所放置，在安裝維護的難度上相對較大。從當前的實際解決的策略來看，主要是將光纖網絡與之相結合，并且對通信設備的安裝維護不足問題得到了有效彌補。激光通信技術在今后的發展中，將在城市網絡通信方面成為主要的應用技術，在激光通信技術的進一步發展優化過程中，其技術的優點將會得到進一步的突出。未來的發展過程中，通信技術和衛星技術的結合度將會更加的緊密，由于光纖通信技術自身的局限性，在城市網絡通信中的應用匯有著諸多的不足，在這一情況下激光通信技術就會為城市通信提供重要的技術依據，從而有效的保證城市網絡通信傳輸速率以及帶寬的有效增長。

2、激光通信技術的應用。激光通信技術在實際生活當中也有著比較廣泛的應用，其中在企業的內部網互聯上的應用作用就比較突出，企業的局域網在各網段通常會被大樓建筑或者是道路阻斷，而FS0設備的安裝就比較適合應對這～問題，從而實現企業內各局域網段的互聯，并能夠有效的解決大樓間的復雜地貌所帶來的挖溝布線的難題。另外在臨時的通信以及應急搶通的場合也能得到實際的應用，在電視現場直播高質量數字圖像信號過程中，采取的微波信號會受到一些因素的干擾，所以在緊急的情況下能夠通過FSO加以應用，從而在抗干擾的能力上能夠得到有效加強，并且還有著較大的帶寬容量。對一些緊急的事故發生時需要通信，對于光纜的搶通就比較花費時間，并且在效率上也得不到有效提升，雖然微波的應用能夠比較迅速，但隨著通信業務的增加對實際的需求也得不到有效滿足，所以通過激光通信技術不僅在效率上能夠得到有效提升，同時在帶寬上也能滿足實際的需求。將激光通信技術在高壓電的工作去數據采集以及傳輸方面的應用也能夠得到效率上的提高，在具體的應用過程中，通過將光發射天線安裝在高壓區，光接收天線安裝在低壓區，對其數據的采集主要是通過數據在光傳播中加以傳輸，然后再經過光接收天線對數據進行接收，在整個傳輸的過程中不會受到干擾，所以這就加強了實際的工作效率。

第3篇：無線激光通信技術范文

關鍵字：FSO、Iub接口、傳輸網絡、大氣信道

中圖分類號：C39

一、 引言

自由空間激光通信FSO（Free Space Optical Communication）也被稱作無線激光通信或大氣激光通信。是指利用紅外激光束承載信號，光波在以大氣為傳輸媒介中進行傳播的通信方式。WCDMA網絡中RNC與Node B之間經過Iub接口進行連接。在無法跨越障礙，或是沒有光纖線路保障的情況下而微波設備又滿足不了Iub接口帶寬的要求。利用擁有高帶寬、架設迅速、透明傳輸等特點的FSO可以勝任傳輸接入的基站互聯、大容量數據回傳和傳輸網絡成環保護。

二 、FSO簡介

1. FSO原理

FSO是由激光通信機組成的通信系統，它們相互向對方發射被調制的激光脈沖信號，接收并解調來自對方的激光脈沖信號，實現雙工通信。圖1是FSO通信機的基本組成框圖。大氣激光通信機有信號源、光發射模塊、光接收模塊三個部分構成。光發射模塊包括調制電路、半導體激光器、功率驅動電路、光發射天線及其對準裝置；光接收模塊由光接收天線、光學濾波器、光電探測器、放大器、解調制電路等構成。其工作過程為：功率驅動電路驅動激光器發光，把電信號變為光信號，經過發射天線發射出去，光波通過大氣進行傳輸，探測器探測接收天線接收到微弱的光信號，把光信號變為電信號，電信號經過放大器放大后，被解調制電路解調變為原始信號，從而實現了數據的傳輸。

圖1 FSO的基本模型

大氣激光通信工作波長：850nm和1550nm。輸出功率在20dbm左右，在不同的天氣狀況下傳輸損耗不同，晴朗天氣最佳，傳輸損耗對雪是 3～10 dB/km，對雨是 10～20 dB/km，對霧是30～50 dB/km。不同波長的激光在大氣中的吸收衰減也不同。傳輸距離由幾十米到十幾公里不等，最高通信速度可達2.5Gbps。大氣激光通信在1KM之內有著穩定的性能和廣泛的應用。

由于FSO探測器主要是SI材料的，峰值響應在850nm左右，目前FSO主要采用785-900nm紅外激光波長的光波進行傳送。由于調制速率與探測器匹配等問題，二氧化碳激光器無法運用其中，相信不久的將來隨著技術的發展，更適宜在大氣中傳播的10um光波的應用，FSO在雨霧中將有更強的穿透能力，傳輸距離更遠。

2. FSO特點

作為一種新興的通信方式，大氣激光通信相比于微波通信和光纖通信等其它通信方式具有以下的優勢：

（1） 大氣激光通信具有良好的保密性。由于FSO技術特點為點對點視距通信，倘若信息被截取，同時受端失去信號，發現異常。

（2） 不需要微波頻段許可證，FSO不占用無線電頻譜資源，且信號間沒有干擾。尤其在微波頻段日益緊缺的情況下，這點顯得意義重大。

（3） 架設迅速，這點對于應急通信是很重要的。FSO質量輕，安裝方便，在2-4小時之內就可架設使用。

（4） 透明傳輸協議且傳輸能力大，FSO支持155Mbps-2.5Gbps傳輸距離在1-4Km之內，在應用中基本等同于光纖通信。

無線大氣激光通信的不足

無線大氣激光通信也存在一些技術特性本身所決定的弱點：

（1） 在惡劣的環境下適應能力差，通信距離有限

這是因為激光在大氣中衰減嚴重，尤其遇到大霧天氣，甚至無法接通。由于激光具有光的直線傳播的特性，因此無線大氣激光通信只能在視距范圍內實現，通信距離不如傳統的微波無線通信。建議在帶寬條件允許下在信號調制后加入糾錯碼提升系統性能。

（2） 瞄準困難

FSO能夠在大氣中進行傳輸，激光的校準和捕獲至關重要，激光在大氣中傳輸人眼看不見，這就使接收天線不易把握方位，瞄準困難。一般的無線大氣激光通信系統的發射天線都設在大樓上，大風或者輕微的地震都會使天線產生晃動，造成光路的偏移，不易瞄準。隨著APT（自動跟蹤掃描系統）技術的研究和引入和GPS瞄準方法的應用，FSO的跟蹤瞄準得到改善。

（3） 不能越過障礙物，影響應用范圍

FSO是一種視距通信技術。由于激光不能穿過有形物體，例如建筑物、樹木等障礙物，所以無線大氣激光通信要求在發射端和接收端之間不能有阻礙光路的障礙物，否則會造成通信質量下降或者無法通信。

綜上特點，FSO不僅對傳輸業務有要求而且對環境也有嚴格的要求，只有對FSO特點有充分的認識了解才能發揮出FSO獨特的應用優勢。

3. FSO組網

FSO 可以認定為有限速、短距離傳送的光纖。組網的時候要充分考慮鏈路的速率要求。目前850nm、1310nm和1550nm波長信號均可通過FSO設備轉換后進行傳送。FSO上聯速率不能超過FSO本身設備速率。FSO組建點到點傳輸。

三 、WCDMA網絡Iub接口傳輸特點

3G網絡在目前已經逐漸發展成熟，網絡覆蓋逐漸加大。由2G網絡發展至3G網絡，傳輸系統發生了很大的變化，傳統的SDH設備和微波（RF）傳輸設備已經滿足不了網絡的發展要求。

1. 以SDH為基礎的傳輸網絡向MSTP網絡的轉變

MSTP（Multi-Service Transmission Platform）（基于SDH 的多業務傳送平臺）是指，基于SDH 平臺同時實現TDM、ATM、以太網等業務的接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務節點。以承載話音為主要目的的SDH設備容量和接口能力都無法滿足業務傳輸匯聚的要求。MSTP的引入使得不斷增長的數據、圖像視頻等業務的接入更加便捷，由于通信發展對業務傳送環境的變化MSTP得到迅速的普及。

2. Node B基站對接入層傳輸網絡的要求

基站接入層傳輸網絡定位在地市城域網和市縣級本地網。基站接入層直面RNC到Node B之間的傳輸網絡。接入層的網絡拓撲為環形+鏈型，環/鏈的結構與基站地理位置、話務量、帶寬需求和接入基站數量等相關。WCDMA演講中R99和R4采用以ATM信元模式承載移動業務，R5、R6考慮到ATM和IP承載模式的兼容，能夠支持TDM、ATM和IP處理的MSTP必然是WCDMA網絡基礎傳輸平臺的最主要的實現方式。相比于2G網絡RNC比MSC更佳集中，容量更大。相應的Node B相比于BTS離基站控制器距離更遠。

3GPP協議體系中始終保持電路域和分組域雙棧方式進行傳輸，電路域依舊采用E1承載，E1上承載的業務可以是ATM，也可以是IP；由于HSDPA不斷提速，最高可達14.4M，NodeB需要大量E1口，管理和維護難度加大；FE承載分組域，簡化NodeB出口數量，也方便帶寬提速Node B基站對帶寬的要求，當載頻全部配置為語音時總帶寬最小，一般為3-5*E1載頻全部配置為數據時，總帶寬最大為10-20*E1。當R5引進HSDPA后對傳輸要求更高。

HSDPA傳輸帶寬，利用Iub傳輸帶寬公式進行計算。

Iub傳輸帶寬 = （R *Y *N） / （E * PA）

R： 用戶平均速率；Y： 小區同時在線數；N： 基站包含的小區數；E： Iub接口傳輸效率系數， 取值0.6；PA： 傳輸峰均比，可以取值1.3-2.5 。

以3×1小區為例：

每小區分配5個HSDPA碼字，粗略估計，需要的Iub傳輸帶寬將達到（3.6*3） / （0.6*1.3）=13.8M，若采用E1，將需要7個目前終端最多只支持5個HSDPA碼字，在相當長時間內，這個速率都能滿足終端使用考慮到HSDPA和話音混合承載，一般3載扇基站最多需要6～8個E1，如果僅支持話音，1～2×E1就夠了。

基站設備采用E1+FE接口完成3G業務的傳送，基站語音采用3-5*E1，采用10-20E1綁定FE端口傳送數據業務。Iub接口為RNC和Node B連接接口，RNC與Node B通道化接口采用STM-1＼STM-4光路端口，業務側采用E1+FE接口。

在無法跨越障礙，或是沒有光纖線路保障的情況下而微波設備又滿足不了Iub接口帶寬的要求。利用擁有高帶寬、架設迅速、透明傳輸等特點的FSO可以勝任傳輸接入的基站互聯、大容量數據回傳和傳輸網絡成環保護。如表1，光纖、微波（RF）和FSO三者傳輸性能的對比。

接入方式 光纖 微波（RF） FSO

常用帶寬 10Gbps 8Mbps 155-2.5Gbps

有效傳輸距離 100Km以上 50 Km以上 1-4 Km

建設時間 1-3個月 2-4小時 2-4小時

頻率許可 不需要 需要 不需要

市政許可 需要 不需要 不需要

維護難度 困難 一般 簡便

成本 高昂 一般 一般

安全性 安全 不安全 安全

氣候影響 低 影響大 影響大

表1 光纖、微波（RF）和FSO三者傳輸性能的對比

四 、基于Iub接口的FSO應用

1. 基站互聯成環

由于網絡擴建大量Node B基站處于簡單的鏈狀聯接，無法成環保護，由于運營競爭，基站開通時間有限，在網絡建設初期，光纜資源無法實現的時候，如圖2，利用FSO作為傳輸網絡的延伸，實現Node B到傳輸網絡的接入。實現基站互聯數據回傳，盡量保證網絡的可靠性和接通率。

圖2 利用FSO實現基站數據回傳

2. 鏈路保護

根據微波傳輸設備和FSO設備的性能特點，微波設備在雨天損耗較大而FSO能很好的完成傳輸任務，而在霧天的傳輸性能優于FSO。在無法敷設光纜的重要基站，可以采用RF+FSO方式開通，微波（RF）傳輸語音，采用FSO傳輸數據業務。由于語音業務為實時通信QOS要求較高，相比起另外在光纜環境不好的情況下，例如多土建施工的廠礦，河流應該用FSO作為光纖鏈路的備份，在MSTP傳輸設備設置1+1通道保護，一路光纖一路為FSO鏈路，當發生光纜故障時，業務自動倒換到FSO鏈路上，光纜恢復后，再倒換恢復。

3 . 微波改光

在實施“微改光”工程中，部分微波站點受地域和環境以及協調方面的限制，如高層樓宇、高山河流、廠礦地區、公路鐵路等地區引入光纖還是非常困難的。另外，在傳輸網絡優化和新建工程中也出現同樣的光纖引入困難的情況。利用高帶寬、高速率且安裝方便迅速的FSO設備可以很好的解決接入問題，在氣候條件和傳輸距離適合的地區，FSO性能優于微波（RF）設備。

4. 應急調度

在大型文藝匯演、賽事等霧光纖鏈路或者救災光纖鏈路中斷的情況下，往往現場大量的語音和數據業務需要傳送，利用FSO搭建臨鏈路響應快、安裝方便2-3小時內消除故障保障通信，FSO高帶寬特點對比起微波設備有著顯著的優勢，微波設備帶寬只能滿足少量的業務傳遞。

五、 結束語

綜于FSO的技術特點，在地理和氣候條件適配的地區，引入FSO設備作為光纖和微波的互補選擇，適宜的網絡定位使得FSO能夠在3G傳輸網絡覆蓋和提升網絡的穩健性等方面發揮很好的作用。

參考文獻：

1. 李宏偉，趙愛新. 大氣激光通信技術的特點與應用[J]，科技咨詢導報，2007，NO.3，6-7

2. 黃開莉. GSM向WCDMA演進對網絡運營的影響及策略研究[J]. 移動通信， 2006， （01）

3. 黃清. 3G接入傳輸網技術[J]移動通信， 2005，（12） .

4. 蔡衛紅； 畢揚； WCDMA無線系統Iub接口傳輸特殊組網 [J]. 硅谷Silicon Valley， 2009年 24期

第4篇：無線激光通信技術范文

關鍵詞：激光通信；脈沖位置調制（PPM）；可編程邏輯陣列（FPGA）；VHDL語言

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.132

1 引言

激光無線通信有著不受電磁干擾、保密性好、組網機動靈活等特點，在很多領域特別是軍事領域有著廣泛的應用[1]。激光通信屬于能量受限的通信系統，影響其調制格式的性能指標主要有平均發射功率、系統帶寬需求以及誤碼率的大小[2]。目前激光通信常用的調制方式是OOK（On-Off Keying）調制，它是以單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關閉，其調制方式簡單而易于實現，被廣泛應用，但是其功率利用率低，抗干擾能力差[3]。研究較多的還有PPM調制、MPPM（Multiple PPM）調制和DPPM（Differential PPM）調制。通過對這幾種調制格式的性能指標進行比較，結果表明，隨著調制階數的增加，PPM調制相對其他調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況下誤碼率最低[4]。因此， PPM調制相比于其他調制方式應用于激光通信具有很大的優越性。

2 基于PPM調制的激光通信原理

如圖1所示為基于PPM調制的激光通信原理。首先通過PPM{制模塊將數字信號調制為PPM信號；然后將PPM信號的“1”、“0”分別表示為激光的強、弱，利用激光將PPM信號發射到自由空間；遠處的接收裝置接收到激光信號后，經過光電檢測，將光信號轉換為電信號，還原出PPM信號； PPM解調模塊再將PPM信號還原成數字信號，從而實現激光通信。本文主要介紹PPM調制模塊的設計。

3 PPM調制模塊設計

3.1 PPM調制方案

本文根據PPM的基本原理，利用FPGA（Field Programmable Gate Array）的高速并行特性，使用VHDL硬件描述語言設計了一個用于激光通信的PPM調制模塊。PPM調制方案如圖2所示，主頻經分頻產生需要的時鐘頻率，數字信號經過采樣、脈沖位置信息編碼、移位輸出的過程，最終形成PPM信號。

隨著調制階數的增大，PPM的光功率利用率越高，但是所需要的帶寬也隨之增大[5]，本文以16-PPM為例，對信源進行調制解調。傳統的PPM調制采用的是單極性不歸零碼，正電平代表邏輯1，負電平代表邏輯0，每傳輸完一位數據，信號返回到零電平。如果遇到PPM編碼首尾相接的情況，勢必要連續發送正電流，這樣使某一位碼元與其下一位碼元之間沒有間隙，不易區分識別。采用歸零碼可以改善這種狀況，當發“1”碼時，發出正電流，但持續時間短于一個碼元的時間寬度，當發“0”碼時，仍然不發送電流。本文結合這兩種編碼方式的優點，采用占空比為50%的單極性歸零碼與16-PPM編碼相結合的方式，對數字信號進行PPM調制。

3.1.1 時鐘分頻

主頻頻率經過分頻產生采樣時鐘、幀時鐘和時隙時鐘。采樣頻率設計為100kHz，由于16-PPM一幀有4位二進制數據，有16個時隙，因此時隙時鐘頻率應為采樣時鐘頻率的4倍，為幀時鐘頻率的1/4。從而時隙時鐘頻率為400kHz，幀時鐘頻率為25kHz。

3.1.2 采樣

采樣時鐘在每個時鐘上升沿數據對數據進行采集，并將采樣時鐘的同步計數器加一，然后將采集到的數據放入緩存器中。計數器計滿4個數就清零，同時將緩存的數據并行輸出。采樣頻率越高，采樣產生的數據波形越接近原始信號波形，在FPGA資源足夠的前提下，采樣頻率應該盡可能提高，從而保證解調還原后的數據波形更加接近原始數據波形[6]。

3.1.3 脈沖位置信息編碼

將采樣緩存輸出的四位并行數據轉換為脈沖位置信息編碼，位置信息編碼為16位并行數據，有且僅有一位為‘1’，其余位均為“0”，“1”，例如數據0000對應的編碼為0000000000000001。

3.1.4 移位輸出

每當幀時鐘的上升沿到來時，就將16位脈沖位置信息編碼存入移位寄存器中。當時隙時鐘的上升沿到來時，移位寄存器就將存入的脈沖位置編碼數據右移一位，并輸出最低位數據，當時隙時鐘的下降沿到來時，就將數據清零，如此便將脈沖位置信息轉換為歸零PPM信號。當寄存器中的16位數據完全輸出時，此時幀時鐘上升沿剛好到來，新的脈沖位置信息編碼數據存入寄存器，如此周期循環，便將原始數字信號轉換為歸零PPM調制信號，實現PPM調制。

3.2 FPGA設計與仿真

FPGA的頂層模塊設計如圖3所示。主要包括采樣模塊（chuanbing）、脈沖位置編碼模塊（yima）、脈沖輸出模塊（jiyi）和一個分頻（fenpin）模塊。

3.2.1 采樣模塊的仿真

采樣模塊主要利用采樣時鐘，對數字信號進行信號采集、同步計數、緩存、輸出。主要完成一個串并轉換的過程，該模塊的仿真波形如圖4所示。

3.2.2 脈沖位置編碼模塊的仿真

脈沖位置編碼模塊將緩存輸出的四位并行數據轉換為16位PPM脈沖位置信息編碼，該模塊的仿真波形如圖5所示。

3.2.3 脈沖輸出模塊的仿真

脈沖輸出模塊利用時隙時鐘進行同步計數，將寄存的脈沖位置信息移位輸出，并在時隙時鐘的下降沿將數據置零，最終形成歸零PPM調制信號，該模塊的仿真波形如圖6所示。

4 實驗驗證與分析

實驗平臺的連接如圖7，實驗系統通過PC機的串口收發數字信號，利用PC機的TXD端發送數字信號，數字信號經過PPM調制模塊，產生PPM信號。PPM信號通過PPM解調模塊還原為數字信號，并利用PC機的RXD端接收還原后的數字信號。將示波器的CH1通道和CH2通道分別接在PPM調制模塊的輸入和輸出端，檢驗波形是否與理論相符。

4.1 實驗波形的驗證

圖8為PPM信號調制前后的波形對比圖，通過比較波形1的原始數字信號與波形2中的PPM信號， PPM信號與對應的原始數字信號相吻合，實驗結果與理論一致。

4.2 誤碼率驗證

通過對不同傳輸速率下的PPM調制的誤碼率進行實驗統計，驗證該通用PPM調制模塊的通用性，圖9是38400波特率時串口的收發數據。可以看出：該通用PPM調制模塊可以滿足在38400波特率以內的數據通信，誤碼率極低，適用性很強。

5 結論

本文將歸零碼與PPM相結合，設計了可用于激光通信的通用PPM調制模塊，相比于傳統的OOK調制具有更高的光平均利用率和更低的誤碼率。通過波形仿真和設計實驗驗證，該模塊可以滿足38400bps

以內的數據通信。將該PPM調制模塊的IP核設計成定制的PPM調制芯片，用于激光通信的前端，可方便靈活地應用于激光通信中，降低激光通信平均功率，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[2]趙明.大氣光通信調制編碼技術研究[D].華中科技大學，2011.

[3]吳剛.近地無線光通信技術研究[D].復旦大學，2009.

[4]秦嶺.大氣激光通信中多脈沖調制系統的設計[D].西安理工大學，2007.

第5篇：無線激光通信技術范文

關鍵詞：通信；光纖；數據傳輸

中圖分類號：E968文獻標識碼： A

上世紀六十年代的高錕提出了光傳輸理論，真正實現產品的是在1976年，出現了實用化的光纖傳輸產品。上世紀八十年代開始有規模的使用PDH了，二十世紀九十年代初組建和完善了SDH標準，其主力仍然為PDH。在1994年，通信傳輸的首選設備就是SDH了，到了1998年，開始建設了DWDM網絡，同時開始探討ASON技術，也著手研究ASON了。大規模的對DWDM進行組建是在上世紀末的時候，開始，出現了全光網的試驗工作。MSTP技術的開始出現是本世紀初，并且在工業生產中逐漸投入了試運行，到了2003年的時候，人們已經在通信技術中使用了ASON/OADM技術。同時在2005年的時候，大規模的建設和運用ASON技術，同時在骨干網絡傳輸介質中也出現了ROADM技術。這時候，很多行業就逐漸出現了光纖通信技術，我國各行業現在都使用過光纖通信傳輸技術，并且很多地方都是采用光纖技術來進行數據傳輸的。隨著光器件和LIC技術的不斷發展,有效地利用了光纖的1.3㎛與1.55㎛的低損耗、低色散特性,使565Mbit/s和相當于565Mbit/s及其以下的光纖通信系統得到普及。1987年左右,1.6 Gbit/s(舊本)、1.7Gbit/s(美國)系統也投入實用。超高速光纖通信的傳輸方式,除目前廣泛應用的光強度調制――直接檢波(IM/DD)外,還提出了波分復用、相干光通信、光FDM(光頻分復用)及光孤子通信等。由于IM/DD光通信方式簡單,調制、解調比較容易,對器件要求比較低,所以在研究速率更高、距離更長的新通信方式的同時,仍在探討IM/DD的通信潛力。由于近幾年來超高速光器件和光電集成器件的研制成功,特別是EDFA(摻餌光纖放大器)的出現,擴大了IM/DD方式的傳輸能力,在傳輸速率和傳輸距離方面,每年都取得新得進展。從目前發表的實驗數據看,傳輸速率可達到20 Gbit/s以上,傳輸距離超過1萬km(2.5 Gbit/s)。

1 通信中的光通信技術

光通信傳輸技術是近幾十年興起的一種新技術，在網絡發達的今天，利用光通信技術來進行數據交換，使用的很頻繁。所謂的光通信，是一種以光的波為媒介來進行傳輸信息的通信方式。無線電波是發源比較早的通信傳輸數據技術，光波和無線電波一樣都屬于電磁波，但光波的頻率比無線電波的頻率高，波長比無線電波的波長要短一些。因此，相比之下光波具有傳輸頻帶寬、抗電磁干擾能力強和通信數據量大的優點。根據光波波長的長短，可以分為紫外光、可見光和紅外光。其中只有可見光才能為人所看得見，其他波長的光是人看不見的。但是這些不同波長的光都能用來傳輸數據。如果從光源的特性上來分，可以將光分為非激光通信和激光通信。如果按照廣的傳輸媒介來區分，可以將光分為有線光通信和無線光通信。常說的光通信傳輸，一般有這五種：紫外線通信、紅外線通信、大氣激光通信、藍綠光通信和光纖通信。

2 光纖通信技術內涵

文章中的光通信傳輸技術在專業領域的應用主要是指在油氣田和長輸管線上的傳輸。文章將光通信傳輸介質的四種不同技術進行對比和分析，這四種技術分別是：RPR技術（也叫光以太網彈性分組環技術）、、OTN技術（光傳送網技術）、SDH及基于SDH的多業務傳送平臺(MSTP技術)。SDH也稱為同步數字體系、ATM技術（Asynchronous Transfer Mode顧名思義就是異步傳輸模式技術)。

2.1 光以太網彈性分組環技術

光以太網彈性分組環技術（RPR技術）對于實時性的時分復用業務，RPR技術定義了協議,在實際中需要得到進一步的驗證。對于數據業務而言，RPR技術具備絕對的優勢，可以根據用戶的需求來分配帶寬，該技術支持統計復用技術和空間復用技術，在網絡正常運營的情況下，可使帶寬利用率相對SDH網絡提高3-4倍。RPR技術還可以對數據業務進行優化，能有效的支持IP的突發特性。

2.2 光傳送網

光傳送網也就是OTN技術，它是采用基于TDM體制的一種復用技術，每路信號占用在時間上固定的比特位組，信道通過位置進行標識，有獨特的幀結構，可以區分不同等級速率，還能在同一網絡中綜合不同的網絡傳輸協議，對于非實時性業務和實時性業務都能提供相應的承載，該技術實現了從窄帶到寬帶的綜合業務傳輸。該技術的傳輸設備可以直接提供工業標準的通信協議接口，不需要借助其他的接入設備。缺點是該技術被壟斷，設備的維護受原廠家的束縛，與其他非OTN網絡進行連接總會有些莫名其妙的故障，設備的兼容性比較差。

2.3 MSTP技術

MSTP技術是SDH及基于SDH的多業務傳送平臺的縮寫，該技術也是一種光纖傳輸體制，它以同步傳送模塊為基本概念，其模塊由三部分構成：段開銷(SOH)、管理單元指針（AU）和信息凈負荷。MSTP技術的特點有：第一，克服了SDH設備中的一些不足，多數情況下不需要額外的接入設備，但新技術產品的增加可能會需要增加新的接入設備。第二，能利用虛容器方式來兼容各種PDH的體系。第三，SDH傳輸網具有智能化的路由配置能力、能方便的上下電路、監控維護管理的能力比較強、光接口的標準相對統一。

2.4 異步傳輸模式

異步傳輸模式技術也稱為ATM技術，ATM雖然可以承載實時性業務中的時分復用業務，但每一個節點的延時都要大于SDH傳輸制式，特別是故障時系統切換時間較SDH傳輸制式長，所以一般在時分復用業務的承載方面不用ATM技術。

3 光纖通信傳輸技術的應用

根據上文所描述，可知這四種技術各有各自的優缺點。在實際應用中應該充分考慮各個技術的特點綜合性的來運用這些技術服務于生產。在實際生產中，一般將光纖通信傳輸技術與實際的工程情況相結合，進行核算，計算出合理的工程成本。

經過分析在具體的通信傳輸中，其設計思路如下。先進行優化設計，選擇跟實際情況相匹配的數據傳輸技術，其次根據實際情況和相關費用，計算出合情合理的投資費用，最后根據實際情況來選擇相應的光纖傳輸方式，進行實地使用。既節約了成本，又保證了通信數據傳輸的順暢和安全。

參考文獻

[1]高嵩，裴麗，祁春慧，安麗靖，李卓軒，趙瑞峰. 色散對ROF系統性能的影響[J].光電技術應用，2009，(06).

第6篇：無線激光通信技術范文

【關鍵詞】電子通信系統；移動衛星通信；關鍵技術

隨著電子通信技術的發展，它同時在很大程度上改變著人們的生活和方式。人們也能很好地運用電子通信技術突破時間和空間的局限來學習和工作。電子通信技術不僅改變著人們，它還在改變著社會和國家，使得國家不斷發展，特別表現在衛星通信技術上。當然我國的電子通信技術還存在一些關鍵技術的問題，有待人們改善和加強。

1.電子通信系統概述

電子通信技術屬于現代通信技術中的一大部分。電子通信技術還是信息社會的主要支柱，是現代高新技術的重要組成部分，甚至是國家國民經濟的神經系統和命脈。在現代化信息社會，電子通信技術無處不在，它涉及的范圍也很廣，包括移動電信、廣播電視、雷達、聲納、導航、遙控與遙測以及遙感等領域，還有軍事和國民經濟各部門的各種信息系統都要運用到電子通信技術。

電子通信系統中最具代表性也最常見的就是移動通信和衛星通信。其中移動通信就包括了衛星通信，此外還有蜂窩系統、集群系統、分組無線網、無繩電話系統、無線電傳呼系統等多個領域。

2.電子通信系統關鍵技術問題

近幾年來，電子通信技術應用十分廣泛，就其最具代表性的移動通信和衛星通信來看，就存在很多關鍵性的技術問題，有待加強和改善。移動通信技術在電子通信技術中發展范圍最大最迅速，傳統的蜂窩通信因為可用無線頻譜資源的增加和無線信號的衰弱而變得越來越受局限。不斷縮小的小區半徑代表著基站的密度也在不斷增加。除此之外，頻繁的越區切換導致空中資源的浪費和頻譜效率降低，這也使得網絡建設的成本也是越來越高。從以上各種因素可以看出，要想獲得更高的頻譜效率和更大更充足的系統容量，就應該突破傳統蜂窩體制，應用新的移動通信技術。

2.1移動通信系統關鍵技術問題

在移動通信系統中采用分布式天線是很有效也很成功的一種方式，每個小區內都有很多個無線信號處理單元，這些單元距離都比載波波長要遠得多，并且它們都能進行功放變頻和信號預處理。要在核心處理單元實現信號處理的功能，首先就要完成信號的收發功能和一些簡單的信號預處理，然后就要與核心處理單元連接，通過光纖和同軸電纜或微波無線信道來實現。有兩種方式可以實現分布式移動通信，第一種就是在所有的無線信號處理單元上所有相同的下行鏈路信號同時發射，然后小區內的無線信號處理單元接收到上行鏈路信號之后直接傳送到中心處理單元。這種方案優點是簡單，缺點則是會不斷干擾系統，阻礙了系統容量的擴大。第二種方式則是在整個業務區域內完成無線覆蓋的分布式天線結構，通過用大量的無線信號處理單元來實現，從而突破傳統蜂窩小區的理念。這種方式也可稱之為“受控天線子系統”，即“僅與移動臺相近的信號處理單元負責與移動臺進行通信”的方式。第二種較之第一種更理想，但同時它也更復雜。

分布式移動通信較傳統的移動通信技術有幾點優勢，第一是小區間干擾低、SIR高且系統容量大，第二是它內部的分集能力不僅能用來抵抗陰影效應，還能夠保證不衰落和擴大系統的容量。第三是它能全面提高其自身切換性能和接受信號的功率，還能降低其切換次數。第四是它對其他通信系統的干擾小并且在相同發射功率下覆蓋的區域更大，反之其發射功率更低。第五是它不僅能更方便快捷地實現任意形狀的無線業務服務區，還能核心處理單元集中處理信號。更能有效利用無線資源。

子通信系統分為5層：應用層、驅動層、傳輸層、數據鏈路層和物理層。這5層之間功能劃分應明確，接口應簡單，從而為硬軟件的設計實現奠定良好的基礎：應用層是通信系統的最高層次，它實現通信系統管理功能（如初始化、維護、重構等）和解釋功能（如描述數據交換的含義、有效性、范圍、格式等）。驅動層是應用層與底層的軟件接口。為實現應用層的管理功能，驅動層應能控制子系統內多路傳輸總線接口（簡稱MBI）的初始化、啟動、停止、連接、斷開、啟動其自測試，監控其工作狀態，控制其和子系統主機的數據交換。傳輸層控制多路傳輸總線上的數據傳輸，傳輸層的任務包括信息處理、通道切換、同步管理等。數據鏈路層按照MIL—STD一1553B規定。控制總線上各條消息的傳輸序列。物理層按照MIL—STD一1553B規定，處理1553B總線物理介質上的位流傳輸。應用層、驅動層在各個子系統主機上實現，傳輸層、數據鏈路層、物理層在MBI上實現。

2.2衛星通信系統關鍵技術問題

衛星通信在電子通信技術中最為先進，它也有很大的優勢，包括通信距離遠并且容量大，通信線路質量穩定可靠以及機動性能優越和靈活地組網等這些都是別的技術沒有的特點。但隨著不斷快速發展的全球信息化產業，人們對信息的需求也越來越復雜多樣，電子通信技術已進入高速、多媒體、業務多樣化和可移動的個性化時代。

目前的衛星通信的一些關鍵技術也存在一些問題，它包括高速數據的業務需求。以及衛星通信應用寬帶IP的難點。現代衛星通信技術采用一些關鍵技術來解決問題，一個就是數據壓縮技術，它能讓靜態和動態的數據壓縮都能有效提高通信系統在時間、頻帶、能量上的工作效率；第二個就是智能衛星天線系統；第三個就是寬帶IP衛星通信技術的研究；第四個就是新型高效的數字調制及信道編碼技術；第五個就是多址連接技術的改進和發展；第六個就是衛星激光通信技術。

未來的衛星通信數據率會通過激光通信來實現，激光的優勢會在互聯衛星網中得到充分發揮，因為在那里經常會應用到激光通信技術，它在外層空間進行，所以不會受到大氣層的影響。還可以利用“星際激光鏈路”技術來縮短全球衛星通信中的“雙跳”法的信號時長。有專家提出“在衛星激光通信在比微波通信數據速率高一個數量級的理想情況下，天線孔徑尺寸會比微波通信衛星減小一個數量級”的觀點。那么如果在空間無線電通信中以激光作為載體來進行工作和運行未來的衛星之間進行激光通信是很有前途的。

總而言之，電子通信系統在這個信息化時代無處不在。在電子通信系統中范圍最廣最常見的就是移動通信技術和衛星通信技術，移動通信技術體現在日常的電視廣播網絡等各種電子傳輸工具上，而衛星通信系統則運用在比較大型的工程上。電子通信系統的發達和完善與否直接決定了一個國家和社會的強弱，所以對其關鍵技術問題的分析和研究是很有必要的，掌握了其關鍵技術就能很好地運用和完善它。

【參考文獻】

第7篇：無線激光通信技術范文

關鍵詞：通信系統；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

中圖分類號：E965 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

引言：

通信技術幫助人們傳達與他人之間需要的信息，具有傳遞速度快、傳遞范圍廣以及傳遞路程遠等優勢與特征，在極大程度上改善了人們的生活水平與質量、提高了人們的工作效率，并節省了寶貴的時間，為人們營造出了方便、快捷的生活環境，加速了社會的發展與建設，因而被世界各國所廣泛采用。

一、電子通信系統的關鍵技術問題

近幾年來， 電子通信技術應用十分廣泛， 就其最具代表性的移動通信和衛星通信來看，就存在很多關鍵性的技術問題，有待加強和改善。

1、 移動通信系統關鍵技術問題

在移動通信系統中采用分布式天線是很有效也很成功的一種方式，每個小區內都有很多個無線信號處理單元，這些單元距離都比載波波長要遠得多，并且它們都能進行功放變頻和信號預處理。要在核心處理單元實現信號處理的功能，首先就要完成信號的收發功能和一些簡單的信號預處理，然后就要與核心處理單元連接，通過光纖和同軸電纜或微波無線信道來實現。有兩種方式可以實現分布式移動通信，第一種就是在所有的無線信號處理單元上所有相同的下行鏈路信號同時發射，然后小區內的無線信號處理單元接收到上行鏈路信號之后直接傳送到中心處理單元。這種方案優點是簡單，缺點則是會不斷干擾系統，阻礙了系統容量的擴大。第二種方式則是在整個業務區域內完成無線覆蓋的分布式天線結構，通過用大量的無線信號處理單元來實現，從而突破傳統蜂窩小區的理念。這種方式也可稱之為“受控天線子系統”，即“僅與移動臺相近的信號處理單元負責與移動臺進行通信”的方式。第二種較之第一種更理想，但同時它也更復雜。

2、衛星通信系統關鍵技術問題

衛星通信在電子通信技術中最為先進，它也有很大的優勢，包括通信距離遠并且容量大，通信線路質量穩定可靠以及機動性能優越和靈活地組網等這些都是別的技術沒有的特點。但隨著不斷快速發展的全球信息化產業，人們對信息的需求也越來越復雜多樣，電子通信技術已進入高速、多媒體、業務多樣化和可移動的個性化時代。

目前的衛星通信的一些關鍵技術也存在一些問題，它包括高速數據的業務需求。以及衛星通信應用寬帶 IP的難點。現代衛星通信技術采用一些關鍵技術來解決問題，

2.1 數據壓縮技術，它能讓靜態和動態的數據壓縮都能有效提高通信系統在時間、頻帶、能量上的工作效率。

2.2 智能衛星天線系統。

2.3 寬帶 IP衛星通信技術的研究。

2.4 新型高效的數字調制及信道編碼技術。

2.5 多址連接技術的改進和發展。

2.6 衛星激光通信技術。

未來的衛星通信數據率會通過激光通信來實現，激光的優勢會在互聯衛星網中得到充分發揮，因為在那里經常會應用到激光通信技術，它在外層空間進行，所以不會受到大氣層的影響。還可以利用“星際激光鏈路”技術來縮短全球衛星通信中的“雙跳”法的信號時長。有專家提出“在衛星激光通信在比微波通信數據速率高一個數量級的理想情況下，天線孔徑尺寸會比微波通信衛星減小一個數量級”的觀點。那么如果在空間無線電通信中以激光作為載體來進行工作和運行未來的衛星之間進行激光通信是很有前途的

二、我國通信行業服務質量的改善措施

1 樹立正確的思想觀念

若想提高通信行業的服務質量，首先必須要提升、優化內部員工的思想觀念。對于公司管理人員的要求更需嚴格提高，使管理人員明白服務質量是企業戰略制定的關鍵。人是直接參與施工的組織者、指揮者和操作者，作為控制對象，要避免產生失誤，作為控制動力，要充分調動人的積極性，發揮人的主導作用。為此，除了加強對施工隊伍人員的勞動紀律教育、職業道德教育、專業技術培養、健全崗位責任制、改善勞動條件外，還要根據工程特點，對技術復雜、難度大、精度高的工序或操作，由技術熟練、經驗豐富的施工人員來完成，嚴格禁止無技術資質的人員上崗操作。

2 用心理解客戶，及時反思、檢討

通信行業是一種特殊的服務行業，客戶對通信行業服務質量的衡量是一種體現在使用過程中的感受。思索客戶所需要的是何種服務，怎樣才能夠加以改善，以致全面滿足客戶的要求。對于工程項目來說，質量是關鍵，器材是保障。建設監理要了解通信設備及器材的質量、 性能、特點、技術參數，必須把好質量關。特別是通信線路方面的器材，更應該注重適用地點的氣候條件、地理環境等因素，驗證產品的合格證、使用許可證、入網證，杜絕“三無” 產品和以舊充新、以壞充好的偽劣產品，避免器材質量問題影響整個工程質量和使用壽命。

3 統一整合、完善一線服務流程

鑒于直接與客戶溝通的一線服務人員工作量大，不僅要面對諸多不同的客戶，還要努力學習企業各項業務知識等，因此，若要全面提升通信行業的服務質量，必須統一整合、完善一線服務流程。最好將一線工作人員明確分工，設置專人專門與客戶溝通;另設置業務咨詢，專門為客戶提供講解企業項目內容等。只有分工明確，完善一線服務流程，減輕一線員工的工作壓力，員工才能夠以最好的狀態服務客戶。至于一線管理人員，應避免多頭管理這一弊端，獨設一人為前臺主管即可，所有服務營銷的指令均由一位主管人員或一個部門下達。

4、環境控制

通信工程項目由于點多面廣、施工周期長、流動性大等特點，不同的工程影響工程質量的環境因素也不同，要根據工程技術環境、勞動環境、工作環境等具體條件和特點，采取有效的措施來控制環境因素對工程質量的影響。尤其是施工現場，應建立文明施工和文明生產的環境，杜絕“野蠻”施工和違規施工，保持器材、工料堆放有序，道路暢通，為確保工程質量、安全創造良好的條件

5、保證實際服務內容的真確性

任何企業唯有在客戶中樹立良好的口碑，才能夠長久的以誠信立足于客戶的心目中。因此，企業在宣傳、廣告時，應實事求是，不虛假的宣傳，過度夸張的宣傳同樣會被公眾視之為“造假”。因此，在廣告或進行宣傳時，應尊重客戶的知情權，不僅宣傳自己企業或產品的優點，同時也不應完全掩蓋自己企業或產品的缺點，使客戶后知后覺，留下負面印象。通信行業提升服務質量并非是一朝一夕之事，應從平時便加強對員工素養的培訓，全面提升企業所有員工的整體思想觀念與服務意識，力求使企業各部門相輔相承，優化各項業務與服務的流程，才能夠真正提高企業的整體服務質量。

三、新時期通信行業發展面臨的挑戰與機遇

1 技術進步帶來的發展空間

隨著科學技術和信息技術的不斷發展，多元文化背景促使現代通信行業進入了更廣闊的發展空間，計算機與通信技術的融合，新的通訊產品不斷出現和升級，在西方發達國家的通信技術不斷發展的同時，也為我國通信行業帶來了新的發展機遇。

2、我國在通信行業不斷建立和完善的法律法規為通信產業的發展提供了良好的環境。

隨著三網融合力度的不斷擴大，其在我國通信行業也取得了較大的進展。我國先后頒布了《電子信息產業調整和振興規劃》等文件，通過直接和間接兩個途徑為我國通信產業發展創造良好的環境，促進通信產業的不斷發展。

3、在經受了金融危機的嚴重打擊后，我國經濟恢復了良好的發展勢頭，為通信產業的發展提供了有效的經濟支持。在國家宏觀政策如貨幣政策、財政政策等方面都為通信行業的發展提供了便捷的途徑，使得我國經濟回升的良好勢頭得以保持的同時，也推動了通信市場的不斷發展。

4、產業結構的調整為通信產業發展提供了更多的機遇。隨著我國經濟結構和產業結構的調整，并且將其作為未來一段時間內我國經濟工作的主要內容，而加快信息技術與工業發展的有機結合正是進行產業結構調整最為有效的方式。

四、結束語

總而言之，通信技術的適用性、廣泛性與影響力不言而喻，電子通信系統的發達和完善與否直接決定了一個國家和社會的強弱，所以對其關鍵技術問題的分析和研究是很有必要的，掌握了其關鍵技術就能很好地運用和完善它。

參考文獻：

第8篇：無線激光通信技術范文

關鍵詞:激光無線通信;精跟蹤;APT系統;PZT控制器

中圖分類號:TP211.6文獻標識碼:A

文章編號: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

以大氣作為傳輸介質,激光作為信息載體進行無線通信時,空-地激光無線通信是激光無線通信的一種常見形式,信標光的準確捕獲、瞄準與跟蹤(Acquisition,Pointing and Tracking,APT)是其關鍵技術,APT系統主要用于建立和維持激光通信鏈路,是進行激光無線通信的關鍵技術。由于激光光束窄、發散角小,在大氣傳輸過程中存在大氣散射、折射、湍流等現象,再加上激光通信平臺的振動等因素,會造成激光光束偏離目標,使得瞄準、捕獲和跟蹤技術問題變得十分突出[1,2]。

APT系統分為粗跟蹤系統和精跟蹤系統。粗跟蹤系統主要負責完成信標光的初始時期的大范圍掃描和捕獲,引導信標光光斑進入精跟蹤視場,跟蹤精度和帶寬較低;精跟蹤系統主要負責完成信標光的精確跟蹤和鎖定,國內外已進行了有關精跟蹤的不少研究[3-5],它所要求的跟蹤精度和帶寬較高,它的精度和帶寬決定了整個APT系統的精度和帶寬,同時它的另一個主要功能是克服因大氣擾動和平臺振動造成的信標光光斑抖動,維持穩定的激光通信鏈路。針對目前激光無線通信所要用到的關鍵技術,和空-地激光無線通信終端應具有集成度高、功耗低、體積小和重量輕等一系列特點,本文設計了一種以FPGA作為控制芯片的精跟蹤系統。

1 系統組成及功能概述

以Altera公司的Cyclone系列FPGA為控制核心的雙FPGA系統,一塊用于控制高幀頻相機,并將圖像數據通過基于1394協議接口的傳輸線傳輸到另一塊FPGA,在第二塊FPGA中進行光斑坐標提取和完成跟蹤算法,系統使用一款基于Cameralink接口的高幀頻CMOS相機作為圖像傳感器采集信標光光斑,以高速數/模轉換芯片DAC712P、雙通道PZT控制器和高精度PZT振鏡用于構成光路偏轉控制系統。PC機用于設定相機工作參數,與FPGA板間數據通信采用Cypress公司提供的支持USB 2.0協議的CY7C68013芯片。

如圖1所示為系統的組成框圖,在終端設備中,由光學天線接收到的信標光經過高幀頻CMOS相機轉換為灰度圖像,FPGAⅠ將灰度圖像數據由Cameralink接口接收后,經過重新組合,然后通過基于1394協議的接口芯片轉換為串行差分信號發送至圖象處理板,板上的FPGA Ⅱ把圖像數據接收后放入其內部的一級緩存RAM中,再從一級緩存中取出數據通過乒乓操作將其存放到其外部的二級緩存PSRAM陣列中,然后FPGAⅡ把圖像數據從PSRAM陣列中取出,采用質心算法計算光斑中心坐標,并把圖像數據通過USB接口控制模塊發送到PC機進行顯示,便于用戶實時監測。同時把計算出的光斑中心坐標根據PID跟蹤算法計算出偏置調節量,通過數模轉換芯片DAC712P轉換為模擬信號后經過PZT控制器實現信號放大,最后使PZT振鏡在兩路實時程控電壓的控制下進行相應的二維偏轉,實現對因大氣湍流等因素造成的接收光束的抖動進行實時補償,達到穩定接收光斑中心位置,維持穩定的激光通信鏈路目的。

圖1 系統組成框圖

2 系統硬件部分設計

2.1 光斑采集及處理部分

光斑采集及處理部分主要由高幀頻CMOS相機MV-D1024E和對其進行控制的FPGA組成。采用的兩塊FPGA均是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8,具有5 980個邏輯單元,120 000個典型門資源和185個可編程I/O口,最高工作時鐘可達300 MHz以上,核心供電電壓為1.5 V,I/O供電電壓3.3 V,通過JTAG實現系統配置[6]。配置芯片EPC4串行ROM容量約為4 MB,可重復編程50次左右,JTAG接口符合IEEE Std.1149.1標準。

MV-D1024E是高速高動態的CMOS相機系列[7],采用CMOS主動像元技術,具有12位的采樣分辨率和1 024×1 024的像素分辨率,在此分辨率下幀頻能達到150幀/s,曝光時間由10 μs~0.41 s,25 ns步進可調,采用Camera Link接口,用串行口對相機進行配置。相機時序由幀頻FVAL、行頻LVAL和數據幀DVAL控制,當它們同時為高電平時,在相機時鐘PCLK上升沿時數據總路線上才有數據。

在光斑中心提取算法中,采用較為實用的質心法,該算法計算簡單,便于FPGA實現,因其抗噪聲干擾能力較弱,當噪聲增大時,光斑中心提取精度降低,則系統選取了灰度加權質心法來計算光斑中心。若目標區域為N×N,則質心的位置為:

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為目標區中像元的橫縱坐標;f(i,j)為像元的灰度值。質心法反映了目標的能量分布狀況。該算法適用于類似于精跟蹤系統接收視場小而光班范圍相對較大的情況。

2.2 數據傳輸及通信接口部分

Camera Link用于相機和FPGA板間的數據交換,其傳輸率高達1 Gb/s,且抗噪較好,可以提供高分辨率和各種幀頻的數字化數據,數據輸出采用了LVDS格式,根據應用要求,其支持基本(Base)、中檔(Medium)、全部(Full)等數字格式,該接口具有開放式的接口協議,兼容性好[8]。它適用于CCD或CMOS等數字式相機與圖像采集系統間的通信接口。

USB接口用于FPGA與PC機間的數據和指令的交換,其具有高速度、低成本、低功耗、即插即用和使用維護方便等優點,采用IEEE1394總路線協議,最高帶寬可達到480 Mb/s。采用Cypress公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C68013。

2.3 光路偏轉控制部分

光路偏轉控制系統以高速轉換芯片DAC712P、雙通道PZT控制器和高精度PZT振鏡構成,采用的16位雙通道高速數模轉換芯片DAC712P,電壓輸出時間小于10 μs,其輸出電壓直接用于雙通道PZT控制器的輸入,PZT控制器選用德國PI公司的E-503 PZT控制功率放大器,輸入電壓范圍為0~10 V,輸出電壓范圍為0~100 V,其電壓頻率響應曲線如圖2所示[9]。PZT振鏡選用了德國PI公司的S-330,該PZT振鏡采用壓電陶瓷驅動,頻率響應度高且具有極高的定位精度。

圖2 PZT控制器電壓頻率響應曲線

跟蹤控制算法采用PID控制算法,該算法包括位置式PID控制算法和增量式PID控制算法,而在實時控制系統中常用增量式PID控制算法,其公式為:

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)為輸出的控制量。q0=KP,q1=KP•(TS/TI),q2=KP•(TD/TS)分別為比較項、積分項和差分項的系數,TS為采樣時間,對于不同的控制系統,TS各不相同,要根據實際調試經驗來確定。

3 軟件部分設計

此部分包含了上位機和下位機軟件設計,下位機FPGA采用由Altera公司的集成開發環境Quartus Ⅱ、Mentor Graphics公司的ModelSim SE進行開發,采用Verilog HDL語言進行編寫,上位機使用Microsoft公司的VC++6.0軟件工具進行開發。Quartus Ⅱ通過JTAG對FPGA進行調試、配置下載,VC應用程序通過USB接口與CMOS相機控制電路板、圖像處理電路板進行連接通信。整個系統流程圖如圖3所示。

圖3 系統流程圖

4 試驗結果及分析

圖4為精跟蹤系統評價曲線圖,此實驗數據由相距16 km的外場激光無線通信時,使用APT系統得到的,圖4(a)為未加入精跟蹤時信標光斑在精跟蹤接收視場內的坐標曲線,圖4(b)為加入精跟蹤后的坐標曲線,由兩圖對比可知,加入精跟蹤后,光斑比較穩定,集中度較好,將集中效率提高了70%左右,跟蹤精度為5~25 μrad,由外場激光通信效果來看,明顯降低了通信誤碼率,減弱了因大氣湍流和通信平臺的震動而引起的信

標光斑抖動時對通信造成的影響。但是,系統對平臺抖動劇烈時跟蹤效果不很理想,跟蹤精度還不夠。

圖4 精跟蹤系統評價曲線

系統由基于FPGA的硬件平臺實現,降低了對PC機的依賴性,為低功耗便攜式平臺提供了參考。還待加強的問題有:提高光斑定位精度,縮短信標光斑定位、跟蹤算法時間開銷,改進跟蹤算法提高魯棒性和提高系統的跟蹤精度。

參考文獻

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第9篇：無線激光通信技術范文

從20世紀60年代至今，對于空間光通信的研究已經有了幾十年的歷史，取得了許多成果。本文整體回顧了FSO的發展歷史和現狀，并對其未來的發展趨勢進行了簡單分析。

一、空間光通信發展和應用

（一）發展歷史

20世紀60年代，激光器的發明標志著激光通信技術的開端。然而在之后的若干年間，由于各方面原因，激光技術的研究和應用集中在地面光纖通信領域，而空間光通信技術停滯不前。直到20世紀七八十年代，隨著科技的進步和人類對通信技術更高需求的產生，針對空間光通信的研究開始進入高速軌道，各種地面試驗以及測試平臺的研究得到了廣泛的開展。

（二）國內外發展現狀

國外在FSO領域已經開始了近10年的研究，但是FSO產品真正投入使用也就是最近幾年的事情。美國、英國、加拿大等國的十幾家廠商正在從事FSO的相關研發工作。目前，國際市場上AirFiber、LightPointe等公司是推廣FSO技術的先行者。而Terabeam公司和Airriber公司已將FSO應用于商業服務;尤其是Terabeam公司，在2000年悉尼奧運會上成功地使用FSO設備進行圖像傳送，在西雅圖的四季飯店也成功地利用FSO設備向客戶提供100Mb/s的數據連接。

就國內FSO的發展來說，還基本在起步階段。FSO設備最初來到中國應該在2000年前后，那時國內從事FSO研究的主要是一些具有軍方研究項目的研究所。目前還沒有一家公司規模性的生產FSO設備。當然這也有FSO設備由于本身的可靠性，在國內暫時不被運營商看好的因素。

（三） 應用領域

FSO以其獨特的性質，在很多領域都能有廣泛的應用，例如：

1.城域網的擴展。通信服務廠商在骨干網建設上花費大量資金， 以提升網絡整體性能，來滿足快速發展的市場需求。FSO可以用于擴展已有的城域網，將新的網絡與骨干網相連接。

2.企業、校園互連。由于FSO是以小功率的紅外激光束為載體，可將收發器裝設在樓頂或窗外傳輸數據。FSO的靈活性使它可以應用于許多企業和學校的局域網。以FSO來代替光纖，不但能降低成本，而且具有更高的傳輸速度。

3.軍事應用。FSO具有高保密性和安裝快捷的特性，因而被廣泛應用于軍事場所。

4.作為光纖的補充。目前大多數電信運營商都采用兩條光纖連接來保證所構建的商業應用網的安全，現在，運營商無需部署兩條光纖鏈路，可以選擇FSO系統作為備份光纖的冗余鏈路，以節省投資。

5.無線基地臺數據的回傳。FSO也可用來接入移動電話基地臺與交換中心，將基地臺接收的信號傳至與有線公用電話網相連的交換中心設備。

（四） 性能缺陷

FSO也具有一定的缺點。比如，其光束在傳輸中極易受大霧等惡劣天氣，物理阻隔或建筑物的晃動/地震的影響。在惡劣的天氣下，光束傳輸的距離會下降，從而降低通信的可靠性，嚴重的甚至會造成通信中斷。由于激光的發散角度比較小、方向性較強，FSO系統的實現起來比較困難，難以保證其精度。激光在大氣中傳播時容易受到天氣的影響，大氣湍流、大氣衰減等效應會對信號造成干擾。點對點的傳輸特性使組網應用時難以大規模的覆蓋。

二、FSO的技術原理

FSO系統是以大氣作為傳輸媒介來進行光信號的傳送的。只要在收發兩個端機之間存在無遮擋的路徑和足夠的光發射功率，通信就可以進行。

FSO系統主要由光發送機、光接收機、光學天線（透鏡組和濾波片）和大氣信道以及捕獲、跟蹤及瞄準（ATP）子系統組成，電信號經過調制器調制到由激光器產生的光載波上，再通過光學發射天線對光束整形將光信號發射到大氣空間。光信號經大氣信道傳輸，到達接收端，光學天線將接收到的光信號聚焦至光電探測器轉化成電信號，經放大濾波處理，再解調成原信息。

三、FSO的未來發展分析