光纤通信与无线通信是当前的热门技术。一种新型宽带接入技术——自由空间光通信系统（FSO：Free Space Optical communication system），是二者结合的产物。FSO不是用光纤作为传输媒介是在空气中用激光或光脉冲在THz光谱范围内传送分组数据的通信系统。尽管60年代就有人对无线光通信进行过研究，但当时主要用于军事及实验目的，其商业应用最近一、两年才在美国兴起。FSO技术既能提供类似光纤传输的速率，又无需在频谱等稀有资源方面有很大的初始投资；另外，激光技术的进步已经使耐用可靠的器件变得很便宜，大大降低了FSO设备的造价；与光纤线路相比，FSO系统不仅建设周期较短，成本也低很多，大约是光纤到大楼成本的1/10-1/3。因此，在目前许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高）的情况下，FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。
拓扑结构

　　FSO网络主要有3种拓扑结构：点到点、点到多点（星形）和格形网，也可以把它们组合起来使用。

　　点到点结构是最简单的网络拓扑。目前已使用的FSO系统多数采用此结构，其原因是大多数系统只是用来连接企业内部的各幢大楼，作为宽带的专线连接。点到点的网络拓扑结构的优点是链路独立，网络规划简单；但是其光链路没有任何保护，只要有一个点出故障，链路就中断，因而它不适合于在电信级系统中应用。
　　点到多点的网络拓扑结构可以把业务集中到一点（集线器或中心节点），再接入核心网，这种组网结构效率较高、较经济。但每条链路仍无冗余保护，可靠性较差；并且为了在视距内连接尽可能多的大楼，集线器的位置非常关键，集线器的成本也较高。
　　格形结构通过多个网络节点可以提供几乎实时性的迂回路由，使服务得到保护。格形结构还可以把业务集中到某些特定点，再有效地接入光纤网络。其缺点是传输距离短、成本比点对点、点对多点的网络拓扑高，网络规划也较复杂。

优点

　　光纤连接非常昂贵，据统计，即使在通信发达的国家，如美国，也有几乎90%的办公大楼与电信业务提供商之间没有光纤连接。根据AirFiber公司的分析，如果在美国采用FSO的格形结构配置，每幢大楼的成本约为2万美元，平均链路长度为55米，最长为200米，安装时间也只需要2-3天。相反，如果采用光纤连接，则每幢大楼需5～20万美元，通常需要4-12个月才能连通。 因此，成本低、安装方便、建设快是FSO系统的主要优点。除此以外，FSO还有如下一些优点：
　　无需频谱许可证。无线光通信因设备间无信号的相互干扰，故无需像无线电通信（如微波、LMDS）那样申请频率许可证。
　　带宽高。如果采取点到点的组网方式，FSO能支持155Mb/s-10Gb/s的传输速率，传输距离在2-4公里之间。在点到多点的组网方式中，FSO同样能支持155Mb/s-10Gb/s的传输速率，但传输距离为1-2公里。如果采用格形的组网方式则可支持622Mb/s的传输速率，传输距离为200-400米。
　　安全保密性强。FSO的波束很窄，定向性非常好，并且用户到集线器之间的链路通常是加密的，安全保密性较强。　
　　协议透明。FSO以光为传输媒介，任何传输协议均可容易地叠加上去，对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送。

缺点

　　FSO是一种视距技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时（一般为几公里）波束就会变宽以致难以被接收节点正确接收。所以FSO一般只限于城市内使用。目前，大部分测试表明，在1km以下才能获得最佳的效率和质量。
　　传输质量对天气非常敏感是FSO的另一主要问题。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨天、下雪和雾天对传输质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、雾，50-300db/km，目前针对这一问题有缩短传输距离、采用备份链路等解决办法。
　　建筑物晃动将影响两个点之间的激光对准。对FSO来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准（捕获）和保持（跟踪）至关重要。但在对准以后，在风力和其它因素的作用下，建筑物会有些晃动，这就要求链路两端设备都必须具备自动跟踪的能力。
　　激光的安全问题也会影响其使用。超过一定功率电平的激光有可能对人眼产生影响，人体也可能被激光系统释放的能量伤害。目前有关激光的安全标准都建议其功率电平应允许让裸视和助视（如双筒望远镜）时，眼睛看到不会受到伤害。

与其他接入技术的比较

　　当前有很多种接入技术可供选择，比如FSO、光纤、DSL以及LMDS等。其中光纤传输无疑是最可靠的通信方式，但光纤敷设的较长周期及高额投资限制了其普及，并且一旦用户离开，业务提供商想要收回投资就变得十分困难；LMDS技术日渐成熟，它比FSO的传输距离远，但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许可证），对业务提供商而言，这种接入技术不如FSO经济；尽管铜缆是一种易得的传输媒介，用铜缆相连的大楼也远多于光纤，但由于DSL的带宽太低，使得这种基于铜缆的接入方式并不是解决“最后一公里”瓶颈问题的最可行的解决方案；FSO相对而言是一种比较好的方案，带宽可扩展，建设速度快，并且十分经济。

应用

　　到目前为止，FSO已被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供100Mb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网(SONET)通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。
　　综合多家电信运营商所建设的FSO网络，可以看出，作为“最后一公里”解决方案之一的FSO技术主要有以下用途：
　　城域网的扩展：FSO可以用于扩展已有的城域网或者连到新的网络。这些链路通常不到达最终用户，而是为网络核心服务。
　　企业应用：FSO的灵活性使它可以应用于许多企业和学校，例如企业LAN到LAN的连接及校园网的连接。
　　作为光纤的补充：目前大多数电信运营商都采用两条光纤连接来保证所构建的商业应用网的安全。现在，运营商无需部署两条光纤链路，可以选择FSO系统作为备份光纤的冗余链路，以节省投资。
　　接入应用：FSO也可以用在接入网中，例如吉比特以太网接入。业务提供商可以使用FSO去旁路本地环路系统，或当作LMDS或蜂窝网的回程链路。
　　DWDM业务：想要构建属于自己的光纤网络的独立运营商，可以结合使用WDM与FSO来完成部分链路的传输，以节省光纤租赁费用。
　　尽管存在一些问题，但在低成本、快速组网等方面具有较大优势的FSO的市场前景非常广阔。在未来几年里，它将作为一个主要的手段进入本地宽带接入市场，特别是没有光纤连接的中小企业。据预测，一两年内，FSO市场会形成一定规模，到2005年可达到20亿美元。


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好，这个话题很好。而且有没有要讨论星间激光通信的同志呢？
可以和我联系哟。

空间光通信系统
  空间光通信是指利用激光束作为载体进行通信，不仅包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星间的光通信，还包括地面站的光通信，有GEO(Geosynchronous Earth Orbit-GEO)-GEO、GEO-LEO(Low-Earth Orbit-LEO)、LEO-LEO、LEO-地面等多种形式。
一、空间激光通信系统的方框图
1、空间光通信系统包括有收发合一的光学天线、信号探测与处理、ATP伺服控制、机械转动机构与光学平台等几个大的部分。其系统总体框图如图1所示。










             
图1 空间光通信系统基本结构和组成
 2、ATP伺服控制系统的组成结构与工作流程
  卫星、飞机和舰船都是运动载体，它们之间的激光通信是在运动中进行的，它们的运动轨道具有很大的灵活性和突变性；且在卫星等远距离通信中，要求有高达微弧度量级的对准精度，所以为了保证在运动过程中通信的连续可靠性，必须运用空间光束的自动捕获、跟踪、瞄准（Acquisition,Traching and Pionting-ATP）技术。解决收发光束的捕获、跟踪、瞄准（ATP）就成为自由空间激光通信最关键的系统技术。
  在ATP伺服控制系统中包括有信号模/数转换与处理、控制计算机与接口、信号数/模转换与处理、控制校正网络、伺服驱动单元、反馈控制机构和伺服电机组等部分组成，具体结构图2所示。
  整个ATP伺服控制系统的工作过程如下：
1)模/数转换与处理单元将由四象限光电探测器传送来的四象限模拟电信号经放大、整形和A/D变换等处理，经由数据分配接口送入主控制计算机。
2)主控制计算机在专门设计的控制处理程序的运行下，完成对四路数字信号的分象限水平和垂直方向的和差、对比运算，并根据运算结果确定水平和垂直方向的天线定位偏差。根据偏差情况，结合控制校正和伺服驱动等后级单元的特性，给出相应的速度控制信号和加速度控制信号。
3)由主控计算机给出的速度控制信号和加速度控制信号又经数据分配接口送入数/模转换与处理网络，经过D/A变换和放大等处理，将相应的模拟控制信号送入控制校正网络。
4)控制校正网络根据系统总体指标的要求，对控制进行校正补偿，使其保证在满足精度指标的前提下，同时提供良好的稳定度和过渡过程品质（如响应时间、最大超调、振荡次数和带宽等性能参数）。
5)经控制校正网络处理后的信号用以控制伺服驱动系统中的驱动电路和驱动源，使伺服电机组按控制要求转动并进一步带动天线转动机构分别在水平和俯仰两个方位转动以调整天线的位置，达到自动捕获、跟踪、对准的目的。
6)以与天线转动机构相连接的光电数字编码器为核心的控制反馈机构同时把天线转动量的信息反馈至主控计算机，并经处理用以帮助控制信号的形成和天线转动情况的数字显示。
由于大气等传输媒介的影响，光束的传输路径始终处于偏差变化中，因此光学接收天线也需不间断地调整以完成ATP功能。所以上述的工作过程是连续不断的，在不断的控制调整中达到一种动态的稳定，保证通信的连续和畅通。
 
 







       





图2 ATP伺服控制系统的组成结构
二、空间激光通信的主要元器件介绍
对于一个具有搜索、捕获和跟踪（ATP）功能的半导体激光通信系统，其收发端机应具有下述功能：发射信标光束&#59;发射信号光束&#59;探测对方发来的信标光束，确定信标光束方位，给出误差信号使ATP系统校正接收的方位，完成双方光束的粗对准&#59;在天线已粗对准的情况下，探测对方发来的信号光，并利用信号光在四像限探测器上的坐标，提供方位误差信号给ATP单元完成双方天线的精对准和跟踪任务&#59;探测对方发来的信号光，通过放大，解调等电处理，完成通信任务。
空间激光通信系统常采用信标光和信号光分离的方法。因此，对于这样的通信系统，就要求有二只不同的激光器。通常，信标光由于发射角较大，常采用输出功率较大的激光器；信号光有传输码率的要求，多选用输出功率较小、调制频率较高的激光器，这是由于大功率激光器受结电容的影响，限制了调制频率的提高。
1、信标光束的发射和接收
1)信标光激光器的选择
信标激光器的主要因素是中心波长、输出功率、准直性能、谱线宽度稳定性等。工作波长的选择应注意与信号光激光器中心波长相区别，较大的差别有利于信标光，信号光接收时的分离，从而避免相互之间的干扰。输出功率也是选择激光器的主要考虑因素。由于信标光束通常具有较大的束发散角。因此，光能的几何损耗较大，故通常选择有较大功率输出的激光器。
2)激光器驱动源
激光器驱动源应提供足够大的工作电流并具有调制功能，为保证系统正常工作，还应有输出功率控制和激光器工作温度控制功能。由于一般激光器的中心波长随温度每摄氏度平均有0.3nm左右的温度漂移，这给滤光片的选取带来了困难。此外，过高的工作温度将使激光器的寿命降低。因此，恒温控制是必须的。
3)信标光探测器
   探测器是接收系统的核心部件，它的性能优劣直接影响到整机性能的好坏。选择探测器的主要依据是接收视场、灵敏度、分辨率等方面。
2、精对准及跟踪探测器
   当系统完成了粗对准，便进入了精对准及跟踪状态，精对准的功能是进一步提高对准精度并相互跟踪。不难理解，粗对准探测器的接收视场角必须大于粗对准探测器所能分辨的入射角。典型的精对准及跟踪探测器是四象限雪崩光电二极管（APD）。  
3、信号光的发射和接收
信号光由于有较小的发射角，光能几何损耗较小，同时考虑传输码率情况下的调制性能，选择发射功率较小的半导体激光器，如几十毫瓦。
信号光激光器的驱动源可输出较小的驱动电流，但必须有与传输码率对应的调制能力。
APD是通常选用的信号光探测器。其接收视角应大于精对准探测器能分辨的角度。
信号光激光器中心波长的选择应与信标光有所差异。较大的差异有利于信标光和信号光的分离。
三、空间光通信的优点
1、发射光束窄，方向性好。空间激光通信中，激光光束的发散角通常都在毫弧度，甚至微毫弧度&#59;
2、天线尺寸小。由于光波波长短（约零点几微米到几十微米），在同样功能情况下，光学天线的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多&#59;
3、信息容量大。光波（其相应光频率在 ）作为信息载体可传输达10Gbps的数据码率，甚至更高&#59;
4、功耗小，体积小，重量轻，尤其适用于卫星通信；
5、深空对于光波是一种无损耗、无干扰的良好传输介质，传输同样速率与信息的装备，光通信的性价比最高&#59;
 综上所述，使用波长极短的光波进行空间卫星通信是进一步开发太空、利用广阔的宇宙空间，达到高速率、大容量、大覆盖传输的最好方案。

真是不错。

就是，大家支持一下吧。

我举双手支持

我也举双手支持！！  

真是好文章，又让我增长见识。谢谢

哈哈，是不是2000年的文章呀！

自由空间光痛信比较适合军方使用，在民用方面，受天气影响比较剧烈。

楼上的说的有道理！自由空间光通信的最重要的一个特点是保密性好！所以用于军事上更合适！楼上的朋友应该是同道中人，我们是否可以展开合作研究？目前我们已经在开展这方面的研究。

楼上同志,你好
我想了解一些,关于空间光通信中小卫星间组网的问题,能否给于一些知识?

看来又得学习新东西了，真是学无止境。

wenfloweret ，将文章全文挂上，特别是图形。

无线光通信前景无限呀！

呵呵，我来试一试啊！

不好意思啊，我的那篇文章被我搞丢了。
你要是想要知道其中的具体内容，推荐你看98年的成都电子科技大学学报，
他们有一期是空间光通信专辑，里面讲的基本上都是这方面的内容。
很有参考价值的！

我最近看到一篇关于光量子通信的文章，但不是很懂，不知哪位能说说。

谢谢

传好了，不知道能不能看。

光量子通信很有前景啊。据说光量子密码现在是无人可破的。