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基于激光天線語音通信系統的研制
摘要：通過對電磁波無線、光纖及現有的激光無線通信的優缺點分析，介紹了一種結構簡單的激光無線語音通信系統的結構及主要硬件的設計。經實際應用表明：該系統能夠靈活地適應各種場合。
關鍵詞：激光 無線通信 語音
電磁波作為無線通信的信號載體由來已久，至今仍廣泛應用于短波、微波、毫米波無線通信。但它們存在致命的缺陷：保密性差、通信容量低、波段資源受限制等。光纖通信以光作為載體，以光纖作為傳輸介質。由于光的頻帶資源十分豐富，故通信容量巨大，已成為現代通信的主體。但光纖通信網絡包括光端機、光纜等通信基礎設施的建設是事先規劃的、固定的，將會出現光纜沒有到達或光纜不便到達的地址，無法進行光纖通信。早在二十世紀70年代，人們就開始了激光大氣通信技術的研究，但由于當時光纖通信較為成功，激光自由空間的通信未能得到充分重視。近幾年來，由于移動通信的需要和微波通信的帶寬限制，光自由空間的通信取得了很大的進展。美國朗訊公司采用1.55μm波段的半導體激光器加光纖放大器（EDFA）作為發射光源，并采用波分復用結構，實現10Gbps容量的空間光通信。日本、歐洲等國家也報道了幾種空間激光通信裝置。我國電子科技大學采用二氧化碳激光器（10.6μm波長，內腔式），實現定點雙工四線制三路電話的大氣通信（技術成果編號88210414）；中山大學激光與光譜學研究所采用音頻或數字信號的調幅激光制式工作實現大氣通信傳輸（技術成果編號89209283）。但它們都因通信容量低，在通信系統的結構上，沒有與其他通信設備（包括光纖通信、微波通信）的接口，故實用價值小。為解決上述問題，中國科學院上海光學精密機械研究所報導了一種無線激光通信端機實現了與其它通信設施的接口（技術成果編號00217069.8），但由于該端機設備昂貴，未能得到廣泛應用。本文提出了基本激光無線語音通信系統的研制，目的在于提供一種價格便宜、攜帶方便、同機具有激光信號發射和接收裝置，且激光接收裝置具自動跟蹤激光發射裝置的雙工通信功能的設備。該設備發射裝置發出調制激光信號不僅可在自由空間傳輸，也能直接利用光纖作為載體傳輸，克服了在天氣惡劣情況下無法通信的缺陷；該設備信號傳輸容量大，可直接與光纖通信、微波通信網絡并網，并能靈活地適應各種場合的使用。
圖1 空間激光無線通訊系統原理框圖
1 總體方案設計
激光天線通信系統主要由激光發射裝置、激光接收裝置和光學望遠鏡三部份組成（如圖1所示）。其工作原理是：發射端的軸電纜通過高頻電纜與發射機碼型變換器相接；光纖適配器通過光纖與發射機光電轉換器相連；碼型變換器與光電轉換器均與制式選擇開關相連，然后經信號處理模塊進行整形、放大、時鐘提取等處理，輸入激光驅動器使激光器組件產生調制的激光光束，通過激光發射天線定向向空間發射。經光接收天線收集的調制激光信號接進探測器，轉換成信號輸入信號處理模塊，再接進制式選擇開關后分兩路：一路連接激光驅動器，經光纖適配器連接光纖通信線路；另一路則與碼型變換器相接，再接入同軸電纜至電傳輸線路上。對于本系統所設計的語音激光無線通信系統主要由圖2所示的各部分組成。
2 主要硬件的設計
2.1 激光器件的選擇
空間激光通信波長選擇主要考慮：盡量避免太陽輻射的影響、減小光束發射角、減小收發天線的尺寸、光波在大氣中的透過率以及器件的現實性或預期的可行性，包括器件
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