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1、OPTICALCOMMUNICATIONTECHNOLOGYNo.3中国无线电电子学、电信技术类核心期刊近地实用激光大气通信系统设计α蒋丽娟朱道伟(信息产业部电子第34研究所桂林541004)摘要从实用的角度详细地讨论了构成近距地面激光大气通信系统各部分的单元设计要求,给出了一个传输距离为4km的大气激光数据通信系统的设计方案及其原理性实验结果。关键词空间光通信激光通信半导体激光器中图分类号文献标识码TN929.12A引言在外场环境下,作为实用的激光大气通信系统的通信机要充分考虑设备的可靠性、适用性、方便性和安全性。可靠性要求在常
2、规气候和环境条件下保证可靠地实现双向通信;适用性是指系统设备对大气信道、环境的温度湿度、冲击震动、背景光噪声等的适应能力;方便性是指系统开通要快捷、瞄准调试要方便;安全性是指系统能安全有效地工作。2.1总体功能框图用于数字通信的实用半导体激光大气通信系统框图如图1所示。在发射端和接收端内主要由增量调制ƒ解调器、复接ƒ分接器、脉位调制ƒ解调器、驱动器、接收器、定时提取电路、自动增益控制电路等部分组成。由发送端和接收端外加光学发射ƒ接收天线、光束瞄准调整设备以及大气信道就构成了一个完整的激光大气通信系统。增量调制器分别将300～340
3、0Hz话音信号变成16kbƒs数字信号,经过复接器将16kbƒs数字信号同步复接成群路信号,脉位调制器将NRZ群路信号变成适合大气信道传输的脉冲信号,然后通过驱动器变成光调制信号。光学发射天线将激光二极管的光信号以一定的发射角向大气信道发射,在接收端进行逆变换,最后恢复所传输的话音信号。1激光大气通信机总体功能框图及各主要部2分设计考虑半导体激光器的体积小、重量轻、寿命长等优点是其它类型的激光器所无法比拟的,是光通信系统首选的激光器。对光纤通信系统、激光无线通信系统也是如此,是主要的激光源。图1半导体激光大气通信系统框图α蒋丽娟女
4、,1957年生,高级工程师220光通信技术2000年第3期·设备事件ƒ告警项目无输入电信号、无接收光信号、接收光信号BER≥E-3、设备自身故障(过压、漏电等)、光功率过载。·设备性能监测项目误码指示。由于激光大气通信系统是光、机、电组合的综合系统,不仅要有通信功能,还要求做到结构紧凑、开通便捷、调整维护方便。因此,在结构设计上要尽量做到设计要紧凑,光学元件安装要牢固。整个系统采用积木结构,尽量减小体积、减轻重量。2.3各主要部分设计要求2.3.1系统功率容限计算及各部分指标分配半导体激光器和光探测器是激光大气通信中的关键器件。在
5、给定的传输速率及作用距离的条件下,合理选择所用的激光器和探测器的主要技术参数,是保证由光端机和光学发射ƒ接收天线所构成的大气通信系统在准全天候的条件下正常通信的前提。为保证有效作用距离内在接收端的探测器上获得足够大的信号光功率,要求所用的激光器发射波长必须落在光探测器的检测灵敏度范围内。而激光器的发射功率也是选择激光器的主要考虑因素。此外,激光器的谱线宽度、温度特性及调制特性也是必须考虑的因素。鉴于波长为0.85Λm波段的大功率激光器和探测器较成熟,故将光端机所用的激光器的光波长定为0.85Λm。剩下的问题就是根据激光在特定的信道
6、中的传输性能来合理选取所用激光器的输出功率、接收探测器的接收光敏面、接收灵敏度和动态范围、发射光学天线的激光束散角、接收光学天线的接收视场角等通信系统设计的主要参数。为此必须对假定的激光传输信道进行分析计算。假定所选定的激光器的输出功率为P0,经过光发射天线(设发射效率为ΓT),进入大气信道传输L距离后到达光接收天线(设接收天线效率为ΓR)。若将光探测器置于接收天线焦面,则此时探测器上所获得的光功率PL应由下式给出:(a)(b)图2系统结构配置图半导体激光大气通信系统结构配置一般按图2的两种方式考虑。如图2(a)所示的系统结构配置
7、,将半导体激光器与光发射天线同装在一个机箱内,把光学部分作为一个整体,安装调试比较方便。但如果所需发射功率大,要求驱动电流也大,在传输电缆较长时电能量损耗较大。再者,激光器与光发射天线一样,工作在室外(车外),受环境影响大。若采用如图2(b)结构配置,情形完全相反,激光器同其它电子设备一样放置在室内(车内),维护调试方便,激光器所发出的光经光纤到光发射天线,光纤损耗很小,同时相对来说激光器受室外环境影响小。两种方案各有利弊,实际应用中要根据具体情况进行选择。对于固定场所用的近距离通信系统,采用图2(a)的系统配置是较好的,而对于图
8、2(b)的配置,通常适于使用环境较恶劣的场合。2.2系统功能设置通信系统的功能设置应按照实际使用要求进行设置。一般讲,按照使用要求系统应具有如下功能,即双向通信功能、勤务话功能、设备告警功能、自动增益调节功能、设备供电电源ACƒDC或DCƒDC自适
