自由空间光通信研究学士学位论文.doc

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1、摘要摘要自由空间光通信(Free-SpaceOpticalCommunication，简称FSO)是一种通过在自由空间传输激光信号来实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。近几年来FSO技术以其高带宽、安装便捷、成本低廉、安全性能好等优点受到了人们的关注，在军事和商业上均有广泛的应用。本文在现有的光源直接输出、光电探测器直接耦合的FSO系统结构的基础上提出了基于光纤输入、光纤输出的FSO系统，这种系统很好的结合了光纤通信系统和无线传输，其优点在于大大降低了成本，简化了链路终端，同时可以利用光纤通信系统中的各种技术扩大系统

2、的带宽。我们对这种新型的FSO系统中最关键的部分接收端的光学设计进行了深入的讨论，提出两种解决方案并做了大量的空间光到单模光纤及多模光纤耦合效率的仿真计算。接下来文章分析了整个FSO光学链路的功率预算，主要包括光束扩展带来的损耗、瞄准误差的损耗、大气湍流引起的损耗。同时，本文建立了自由空间光通信系统的仿真模型，分析了大气衰减、通信距离、激光发射功率对系统误码率的影响。最后给出实验方案设计及结果分析。关键词:自由空间；光通信接收天线；光纤耦合；链路损耗；误码率45AbstractABSTRACTFree-OpticalCommunicationisap

3、romisingtechnologythroughtransmittinglasersignalsintheatmospherechanneltorealizethecommunicationofvoiceimageandbetweenpoint-to-point,point-to-multipointandmultipoint-to-multipoint.FSOhasreceivedagreatdealofattenuationlatelybothinthemilitaryandcivilianinformationsocietydueitshug

4、ecapacity,rapiddeployment,lowcostandhighsecurity.Inthisdissertation,weputforwardanall-opticalfree-spacelinkstructurebasedonthepreviousdiodecoupledstructure.Thisnewstructurecanbewellintegratedwithfiber-opticalcommunicationnetworkswithlowercost.Themostcrucialpartofthelinkdesigntu

5、rnouttobethereceiveropticsandseveraldesignsolutionswereinvestigated.Wedoanumberoffsinglemodefibercouplingefficiencyandmultimodefibercouplingefficiencycalculationstoseewhichkindofantennaisbestsuited.AnoveralldiscussiononthelossfactorsoftheFSOlinkispresentedincludingopticalspread

6、ingloss,misdirectedlossandatmosphereturbulenceinducedloss.SimulationmodeloftheFSOlinkisconstructedandhowtheatmosphereattenuation,laseroutputpowerandcommunicationrangeinfluenceBERperformanceisanalyzedwegivetheexperimentaldescriptionandtheresultisanalyzed.Finallyfurtherimprovemen

7、tsforthesystemhavebeensummarized,whichisthenextsteptoresearch.KeyWords:Linkbudget;Free-Space;OpticalCommunication;Receiveroptics;Fibercoupling;BERperformance45目录目录第1章引言11.1自由空间光通信的发展11.2FSO应用的领域21.3FSO技术的优缺点21.3.1FSO的缺点21.3.2FSO系统的优点21.4FSO技术的研究现状31.4.1基于光电探测器直接耦合的FSO系统31.4.2基于

8、光纤耦合技术的FSO系统5第2章自由空间光通信系统的原理72.1FSO发射系统82.2激光发射子系统原理82