光通信研究方向范文1
[关键词]紫外光通信 非视距 激光器 探测器
[中图分类号]U434.2[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0010-02
人们目前所掌握的通信手段在军事通信联络中起到了重要的作用,但同时也存在一些不足。例如,无线电和微波通信比较容易被窃听、干扰和破坏,不适合“电磁寂静”的场合;有线通信和光纤通信需要预先铺相应的线路,不能达到灵活、机动和快速反应。为了在未来战争中立于不败之地,各国都在寻求更新颖、更隐蔽、更安全和不易扰的通信手段,紫外光无线通信就在这种要求下出现了。
紫外光通信是利用紫外光在大气中的散射来进行信息传输的一种新型通信模式。它不易被探测和截收,适用于多种近距离抗干扰通信环境,可以跨越障碍物进行非视距通信,是满足战术通信要求的理想手段。
1 紫外光通信系统的特点
1.1 紫外光通信的原理
太阳光的紫外辐射在通过地球大气层时,大气平流层中的臭氧层对250nm的波长附近的紫外线有强烈的吸收作用,使得这一波段的紫外辐射在海平面附近几乎衰减为零,属于“日盲区”,该波段为中紫外光波段(UVC),波长范围为200～280nm。紫外光通信就是利用这一波段进行的,因此也常称紫外光通信为“日盲”紫外光通信。
简单的无线紫外光通信系统与无线电系统的结构大致相同,其原理如图1所示。待传送的信号经过编码器编码后,加载到调制器上,调制器的激励电流就随着信号的变化规律变化,激光器的输出信号经过调制器之后,相关的参数(强度、相位、振幅和偏振)就会按照相应的规律变化。最后经过光学天线变换为发散角很小的已调光束向空间发射出去。接收端接收到已调光束之后,首先经过光检测器转换成射频电流,然后馈入射频检波器,最后由解码器解调出原来的信号。其中激光器相当于无线电通信中的射频发生器。发射机和接收机的光学天线相当于无线电天线。所不同的是紫外光通信采用光频电磁波作为通信的载波。光学天线其实就是望远镜,相当于无线电通信中的天线,但明显的是尺寸的缩小。
1.2 紫外光通信的特点
紫外光通信主要是以大气散射和吸收为基础,利用中紫外波段的紫外光进行的通信,是常规通信的一种重要补充。与常规通信方式相比,紫外光通信有其独有的优点:
(1)数据传输的保密性高。由于大气的强吸收作用,系统辐射的紫外光通信信号的强度按指数规律衰减,这种强度衰减是距离的函数。因此,可根据通信距离的要求来调整系统的辐射功率,使其在通信范围之外的辐射功率衰减至最小,提高传输保密性;
(2)系统抗干扰能力强。
(3)可用于非视距通信。由于大气中存在大量的粒子,紫外辐射在传输过程中存在较大的散射现象,这种散射特性使紫外光通行系统能以非视距方式(Non-Line of sight,NLOS)传输信号,从而能适应复杂的地形环境,克服了其他自由空间光通信系统必须工作在视距(Line of sight)方式的弱点;
(4)无需ATP(Acquisition Tracking and Pointing)跟踪。
(5)全天候工作。该系统工作在日盲区(200～300nm),而地表在这个波段辐射很少,可以全天候工作。
2 研究状况
2.1 国外研究现状
早在1939年[1],美国就开始探讨了海军通信用的紫外光源、探测器和滤光片的技术及性能,但是未开展实际的研究工作。
20世纪60年代的中后期,美国军方根据现代战争的实际要求,对近距离通信表现出极大的兴趣。到了20世纪70年代中后期,Waren S Ross等人开始对紫外辐射在大气中的传输特性以及散射大气通信的可行性及具体的技术细节进行了理论探讨和试验研究[1]。
1985年和1986年,美国Naval Ocean System Centre的M Geller等人研制了一套紫外日盲型短距离通信系统。这种通信系统可工作在视距型和非视距型两种方式下;通信速率在1985年为1200bits/s,在1986年提高到了2400bits/s;误码率小于10-5[1]。在平均臭氧浓度下,视距型的通信系统最大通信距离达到3km,非视距型通信距离可达1km。在正常条件下,通信距离为0.75km可正常工作一年的时间[2]。
2001年,美国GTE公司为美军研制了一种新型隐蔽式紫外光通信系统,传输速率能达到4800bit/s[3]。此通信系统的非视距传输距离为1～3km,如果采用聚光方式,定向视距通信距离可达5～10km[4]。
从上面可以看出,美国在短距离紫外通信方面进行了大量的研究,完成了从基本原理到实用系统的多方面研究。但是其研究工作的具体情况和技术细节都处于高度保密状态。
可以看出,国外对于紫外光通信的研究都是基于实践的系统级别的,通过仿真和实验的方式不断对系统进行改进。
2.2 国内研究现状
紫外光通信的研究工作在我国起步较晚,国内在该领域的研究还远远不够,对紫外光通信系统的研究已经迫在眉睫。
中科院空间科学与应用研究中心开展了紫外光通信的研究工作,目前已取得一定的进展,深入开展相关的研究工作势在必行,也必将大有可为[6]。
国防科技大学提出利用紫外光解决舰艇“视距”通信的观点,进行舰艇紫外光通信系统的顶层设计和关键研究,并进行舰艇紫外光通信系统的战术应用研究。同时,还做了一些信道方面的仿真分析,特别是最近提出了对于信道特性的蒙特卡洛算法仿真,对以后的分析奠定可基础。
重庆大学光电研究所对紫外光语音通信系统进行了研究和设计,取得可一定的进展,不过还处于实验阶段[5]。另外,北京理工大学也对紫外光通信的一些关键技术进行了研究,建立了紫外光学通信原理实验系统[1]。其它研究单位也对紫外光信道的各种特性进行了仿真分析,得到一些有意义的结论,但是总的来说,由于国外技术资料的保密,我国的紫外光通信系统还处在研究阶段,主要的研究手段是仿真,目前还没有成型的实验系统。
3 紫外光通信在军事航空领域的应用
紫外光通信可用于1～2km的非视距通信,如果采用聚光方式,定向视距通信距离可达5～10km。紫外光通信系统的话音通信频率通常为19.2kHz,在距离为2～10km,数据传送速率为4800bit/s时,系统的误码率可达1×10-6[1]。与其他传统的通信方式相比更加隐蔽,需要的发射功率大大降低,非常适用于短距离、窄带宽、能量受限的应用环境。
紫外光通信系统可用于超低空飞行的直升机小队进行不间断的内部安全通信。使用紫外光通信系统的每架飞机都装备有一套收发系统,发射机以水平方向辐射光信号,接收机则面朝天安装,以收集散射到其视野区内的紫外光信号,从而使全小队的飞机都可收到相同的通信信号。
紫外光技术可用于改进舰载飞机的起飞导引系统。航母飞行甲板通信系统同时沟通指挥塔台与所有飞机之间的通信。光发射机可安装在航母的舰桥上,以水平方式向甲板辐射紫外光信号,每架飞机上装有一台小型接收机,面朝天安装,以收集散射在大气层中的导航数据。光发射机发出的紫外光具有散射和同播特性,能照射整个飞行甲板,这样飞机可以自由移动,并能同时接收数据。
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4 紫外光通信系统的关键技术
影响紫外光通信系统的发展的关键技术主要包括发射接受器件的研究、信道模型的的研究以及调制解调、编码解码、检测等方法的研究。
4.1 紫外光源
在紫外光通信系统中,由于大气中臭氧的强烈吸收作用,所以需要具有性能好、功率高、调制性能好的发射光源。光学通信系统一般可采用的紫外光源一般可分为紫外灯和紫外激光器两大类。
紫外灯常见的有:高、低压充气汞灯,紫外线卤化物灯和等。此类光源具有价格便宜、功率大(可以达到数十瓦和上万瓦)灯特点。
由于紫外气体灯存在易碎、寿命短的缺点,人们开始将目光转向固体发光光源。处于绝对日盲区的紫外激光器主要有准分子KrF(248nm)激光器和Nd:YAG四倍频激光器(266nm)。激光器相对气体光源而言,具有坚固耐用的显著优点。但它并不适用于低成本、低损耗、低功耗的应用场合。并且这种激光器还有转换效率低、价格昂贵、使用寿命短、脉冲重复周期对温度敏感以及不易低压高速驱动等缺点。此外,功率较大的紫外激光器不仅十分昂贵,体积较大,而且技术尚不成熟。如果希望进行非视距、非定向自由空间通信,尚不能满足要求[6]。
由于需要具有性能好、功率高、调制性能好的发射光源,半导体紫外光源计划应运而生。美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了研制可变波长(包括日盲光谱)的晶体管紫外光发射器的项目,其目标是研制用于隐秘非视距紫外光通信的紫外收发器。目前,SUVOS计划已经成功研制波长为340nm及以上波段的紫外发光二极管。
4.2 紫外探测器
紫外探测器是接收机最为重要的器件,其主要功能是完成紫外光信号到电信号的转换。对于非视距的紫外光通信,理想的探测器应该有较大的探测面积、较高的增益和带宽、高的透过率、极低的暗电流密度和“日盲”功能。
日盲型紫外光电倍增管由于具有大的探测面积、较高的增益、低的暗电流并且功率消耗约100mW,因此得到了广泛的应用。然而即使当前最高新技术的PMT体积也比半导体探测器大很多,而且价格也是它的上千倍。因此,基于尺寸、功耗、成本等因素的考虑,采用半导体探测器替代光电倍增管是一种比较理想的选择。
林肯实验室正在研制紫外光谱范围的雪崩光电二极管(Avalanche Photodiodes,APDs),它的暗电流相对比较小,将来它很可能成为光子计数探测器。SUVOS项目在德州大学建立了研制SICAPDs探测器的项目。然而,目前利用GaN研制的APDs还无法满足紫外波段的需要。
4.3 紫外光通信的大气信道模型
目前,关于大气辐射传输模型Lowtran、Modtran、Fascode 可以在各种复杂天气情况下,对散射大气的传输特性进行视距的数值模拟和分析,而对于模拟紫外辐射的非视线传输却无能为力。
对于散射大气中光的非视线传输,可以采用如下模型:单次散射模型(Single-Scatter model)、蒙特卡罗法(Monte-Carlo method)、离散坐标法(Discrete Ordinates method)等,这些模型在原理、方法、模拟精度、适用范围上各有不同的特点。单散射信道模型是1990年由Leugtten等人提出的,现有的研究大都是基于该模型进行的。基于该模型已经对紫外光通信的性能有了大量的研究结论[7]。
4.4 紫外光通信的调制解调方式
紫外光通信主要通过基带调制来提高能量和带宽利用率。除了波长的不同,适用于无线光通信的调制技术同样使用于紫外光通信。目前的光通信系统大多设计为强度调制/直接检测(IM/DD)系统。应用与该系统的调制方式主要有:开关键控(On-off Key,OOK);脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM);差分脉冲位置调制(Differential Pulse Position Modulation,DPPM);多脉冲PPM调制等。另外,编译码方式、检测等环节对于紫外光通信系统的性能也很重要,有待进一步的研究。
5 结语
紫外光通信是一种新兴的通信系统,由于其可以实现非视距、短距离的抗干扰、抗截获能力强的特点,特别适合于军事应用中。但是对于紫外光通信系统的研究还处于初级阶段,特别是国内在这方面的研究不多,还没有形成成型的系统,因此迫切需要进一步的研究。
[参考文献]
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光通信研究方向范文2
关键词： 紫外通信； Bouguer定律； 传输特性； 单次散射； LED
中图分类号： TN 929.12文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.03.010
引言
自由空间紫外光通信是一种新型的光通信方式，随着深紫外LED技术的发展，利用深紫外LED作为光源逐渐成为研究趋势[1]。紫外光通信通过驱动紫外LED来调制信号并加载到光载波中向自由空间发射出去，载有信息的光在自由空间中传输，由探测器接收、解调并还原出初始信号，来达到信息传输的目的。整个过程中，自由空间大气作为传输信道，深刻影响了紫外光通信的效率[23]。文中将在单次散射模型的基础上，对Bouguer定律进行修正，并结合LED的发光特点，构建LED光辐射的大气传输模型。
应用Bouguer定律来计算光的大气传输特性是目前计算光大气传输的常用方法，具有简单易用的特点。当光在散射介质中传播时，建立如图1所示的光传输示意图，光在大气中传输时，不断地受到大气中粒子的散射，每一粒子的散射都会使原光传输方向的光通量减弱，减少的那部分光会偏离原来方向而按照一定的规律分散传播，考虑光子在光传输路径上发生首次碰撞时的位置x处的光子散射情况。
在路径上传输一段距离后，依据Bouguer指数衰减定律，辐射照度可以表示为：Ex=E0exp（-δx）（1）式（1）中，E0是x=0处的光束辐照度，δ为体散射系数。该公式没有考虑任何前向散射的光通量。Bouguer定律没有考虑散射光传输到光束方向上的那一部分通量，利用Bouguer定律计算的光通量要小于探测器实际接收到的光通量[4]，因此需要对Bouguer定律进行修正，构建光传输模型，修正后的光传输模型要求考虑散射光传输到探测器的那一部分能量。
2单次散射下光通量传输模型
将到达接收机的辐射通量分为直射光（Bouguer定律计算的结果）和散射光两个部分，于是修正后的光传输模型为：I=Iincident+Iscatter（2）欲得到修正后的光传输模型，需要计算散射光，使用散射相函数来表征光辐射照度的散射分布情况[5]，基于单次散射情况，来分析接收机对光通量的接收情况。
4结论
文中在辐射传输理论基础上，针对Bouguer定律在原理和应用中的缺陷，在单次散射近似的基础上，对其进行修正，提出了修正后的光在大气中的传输模型，而后对大气中的前向散射和斜向散射的辐射照度做了详细的推导，并结合LED的配光曲线计算得出大气中LED光源辐射传输模型的解析式。为紫外光通信系统的设计提供参考。
参考文献：
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光通信研究方向范文3
关键词：激光通信，发展趋势，通信领域
1、前提
经过多年来各个国家研究部门的倾力研究，取得了重大的进展，它已经成了国家用来解决用微波传输信息、构建覆盖全民网络以及太空中监测地面的卫星把大量数据快速高效传回地面的解决方法。可以说，它的应用前景十分乐观，能在军事和人民大众中发挥巨大的作用。
它的用处还不仅仅如此，更多的表现在以下几点：
（1）它的波长短。跟微波比较起来，它发射的口径要小的多，它发射出去的角度比较小，不仅如此，它发射出去的光束更加的集中，不会由于过于分散而导致信息丢失，它所消耗的功率也非常低。最重要的是，它比较小方便随身携带，十分方便，能更好的方便人们出行。
（2）它的频率高。由于它有较高的频率，导致它能够快速高效的传输大量的数据，这对军事化战争中即时获取情报并做出反应以及及时的监测地震等都有重大的用途。
（3）它的抵抗电磁波干扰的能力要明显的超出微波，在军事化战争中一些特殊场合有重要用途。
（4）它的方向性很好。由于它发射出来的光束比较窄，速度非常快，不容易被别人窃听，同时也不容易丢失信息或者是信息传输出现问题，因此它这一特性令它在军事上大放光彩。
由此可见，在这信息化的时代，先进的通信技术对于信息的传送等有着重大的不可替代的作用。
2、欧美等国家现在的研究状况
随着激光通信这些特性的逐渐开发出来，越来越被人们熟知，使得它的研究开发成为了现代社会的一个热门话题。美国、日本以及欧洲等众多的发达国家领跑在世界的前列，它们投入了巨大的物力和人力来研发用激光来运输信息这项技术。
在世界上众多研发国家中，欧洲已经成为了在用激光运输信息这项技术的引领者。有欧空局等众多响名世界的公司做落在欧洲。其中，在科研界普遍认为德国的LCTSX和ESA的在卫星之间用激光运输信息的技术系统是世界研究历史上的两座具有划时代意义的里程碑。
ESA是从1985年开始研究用激光运输信息这项技术的，它的历程之坎坷，耗时间之长让人敬佩。最后取得了令世人瞩目的成就，把世界通信带入了一个新的时代。
德国采用的是二进制的相关技术，它归属于星空层次上的链路研究。在其研究过程中，曾进行了大量实验来研究星空承载下的激光对于地面上的接通信息的系统的光接收机以及发射机在雷雨等变化无常的天气时候的信号强弱。实验结果不负众望，零差BPSK技术在穿过大气中的信息通讯有十分好的特性能力。但是有好就有坏，在信息传送的过程中由于地球外层大气等因素的影响，链路的错误率会明显提高。但是现在科技还无法更有效的解决这一问题，所以要想让通信技术迈上一个崭新的台阶就必须解决这一问题。
在用光来传递信息方面，美国涉及时间也比较早，早在上世纪70年代美国都有相应的研发机构，其中具有代表性的是AFRL和NASA，并且在这方面取得了众多的成就。例如：1994年研发成功了用于激光来运输信息演示的系统，以此来验证在外太空中较远处的卫星也能很好的把信息传输到地面。这项系统研发过程中涉及了精确的瞄准光束、前馈补偿以及光束获取等多项国际上的先进技术。
日本虽然不是世界上研究用光来运输信息技术的最早的一批国家之一，但是其研发速度确实令人惊奇，短短十几年时间就一跃成为世界上的引领者之一。东芝公司、CRL以及NEC是它的主要研发机构。它和美国的JPL于1995年一起研发成功了世界上第一个太空卫星用光传递到地面的链接路径，这一结果强有力的证明了用光把太空中卫星获取的信息传递到地面上的可行性。不仅如此，日本还在这一领域取得了其他许多的辉煌成就。例如：日本研制的用卫星作为激光传递信息的终端。在2005年发射了一颗距离太阳较近并且跟太阳同步运行的卫星，以此来验证从LEO轨道用光把信息传递到地面的信号强弱的特点性能。
3、在空间里用激光来传递信息
要想用光传递信息，首先必须得有合适的发射器，为此科研人员研发了较高的功率且速率还比较快的发射器，它主要有调制器、温度控制、光放大器、驱动器、功率控制以及激光器等重要部分组成，不仅如此，它还用到了光学滤波、电子滤波等技术来减小发射过程中产生的噪音。
有了发射装置就必须拥有与之配套的接受装置，否则如何接收信息。一般情况下，相干探测可以提高机器的灵敏度，使接受的信息更加完整、清晰。但是，使用这项技术局限性也比较大，必须要使接受装置跟光有十分好的相互干扰的性质等，这也造就了这项技术比较复杂，成为了需要我们攻克的难题之一。除此之外，还有许多其他因素会对用光传递信息时造成干扰，导致信息丢失等，这就要求我们要继续努力，争取早日把这项技术应用到日常生活中，普及人们大众。
4、用光运输信息的发展前景
经过最近几十年全世界科学家的努力研究、攻克重点技术、根据原理制作样例、仿真模拟等，这项技术的未来发现方向越来越明朗，大致上可以归纳为两个方向：
第一，有最初的两点之间的传递\输逐渐研发成类似网络模式覆盖全人类。不仅如此，还将把这项技术进一步研发，应用到航天、军事、民用等等人类的各行各业中，可以说是让人类迈进一个崭新的时代。
第二是不断的提高用光运输信息的运输速度。上世纪人类刚刚研发出这项技术时它的运输速度还比较慢，因此为了更好的适应现代社会必须要提高其运输速度。为此人类主要攻克大气阻力以及改善接受装置两个方面的相关难题。
5、中国用激光运输信息技术的研发进度
光通信研究方向范文4
关键词：自由空间；光通信技术；现状；趋势
1 自由空间光通信的研究现状
1.1 基于光电探测器直接耦合的fso系统
早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。
在国外，fso系统主要在美英等 经济 和技术发达的国家生产和使用。到目前为止，fso己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10omb/s的数据连接。wwW.133229.cOm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。
目前商用的fso系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点：
（l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。
（2）在接收端，光斑经光学天线会聚之后直接送入pd转化为电信号。通常，我们需要提供点到点的，双向的通信系统，这样，fso系统的每个终端都包括了激光器，探测器，光学系统， 电子 元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大，重量大，成本也比较高。从fso系统终端的内部结构图中可以看出，完成一个简单的点到点的链路需要6个oe转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高，pd的成本也越来越高，6个oe转换单元大大增加了成本闭。
（3）fso终端设备一般安装于楼顶，如果终端中含有大量的有源设备，会给我们的安装带来了很多不方便。
（4）系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加，那么封装在一起的整个fso系统终端都需要被新的终端取代，安装新设备的过程需要再次对准，整个升级过程所需要的时间很长，给人们带来巨大的损失。
1.2 基于光纤耦合技术的fso系统
光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统（见图2），激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射，传输一定距离后，光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上，沿着光纤传输后经pd接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式，只需要在楼顶放置光学天线系统，而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接，整个系统结构简单，易于安装。
这种新型的fso系统具有以下优点：①减少了不必要的e一o转换，一条链路现在只需要2个oe接口即可，大大降低了成本。②光学系统较为简单，光纤出射的光束一般为圆高斯光，不需要整形，简化了光学系统，减小了体积，易于安装。③易于升级及维护，当用户的带宽增加时，我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可，免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很好的与现有的光纤通信网络结合，利用现有的比较成熟的光纤通信系统中的器件如发射接收模块，edfa和wdm中所用到的复用器和解复用器。⑤可以与光码分多址复用技术（ocdma）相结合，构成自由空间ocdma系统，进一步扩大系统的带宽。
对于一个基于光纤耦合技术的fso系统而言，以下2个因素必不可少：①体积小，重量轻的光学天线系统一个最佳的光学天线的设计首先必须使尽可能多的光耦合进单模光纤，获得最大的耦合效率；其次要能通过粗跟踪系统测出入射光的角度；另外，必须满足尽可能高的通信速率和稳定性。②性能良好的跟踪系统要使光学接收天线接收到的光能够有效的耦合进纤芯和数值孔径都极小的单模光纤，我们必须为系统加上双向的跟踪系统。
2 国内空间光通信系统研究现状和进展
我国卫星间光通信研究与欧、美、日相比起步较晚。国内开展卫星光通信的单位主要有哈尔滨 工业 大学（系统模拟和关键技术研究）、清华大学（精密结构终端和小卫星研究）、北京大学（重点研究超窄带滤波技术）和电子科技大学（侧重于apt技术研究）。目前已完成了对国外研究情况的调研分析，进行了星间光通信系统的 计算 机模拟分析及初步的实验室模拟实验研究，大量的关键技术研究正在进行，与国外相比虽有一定的差距，但近些年来在光通信领域也取得了一些显著的成就。
2002年哈尔滨工业大学成功地研制了国内首套综合功能完善的激光星间链路模拟实验系统，该系统可模拟卫星间激光链路瞄准、捕获、跟踪、通信及其性能指标的测试。所研制的激光星间链路模拟实验系统的综合功能、卫星平台振动对光通信系统性能的影响及对光通信关键单元技术的攻关研究有创新性，其技术水平为国内领先，达到国际先进水平，目前该项研究已进入工程化研究阶段。上海光机所研制出了点对点155m大气激光通信机样机，该所承担的“无线激光通信系统”项目也在2003年1月份通过了验收，该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能，其传输速率可达622mb/s，通信距离可以达到2km，自动跟踪系统的跟踪精度为0.1mrad，响应时间为0.2s。中科院成都光电所于2004年在国内率先推出了10m码率、通信距离300m的点对点国产激光无线通信机商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出fso商品，最远通信距离可达8km，速率为10~155m。武汉大学于2006年在国内首先完成42m多业务大气激光通信试验，2007年3月又在国内率先完成全空域fso自动跟踪伺服系统试验，这为开发机载、星载激光通信系统和地面带自动目标捕获功能的fso系统创造了条件。另外在光无线通信系统设计、以太网光无线通信、usb接口光无线通信、大气激光传输、大气光通信收发模块和信号复接/分接技术等方面都取得了多项成果。
3 自由空间光通信技术的应用与未来发展趋势
自由空间光通信和其他无线通信相比，具有不需要频率许可证、频率宽、成本低廉、保密性好，低误码率、安装快速、抗电磁干扰，组网方便灵活等优点。正是由于这些特点，fso系统正受到电信运营商越来越多的关注与青睐。对于有线运营商，fso可以在城域光网之外提供高带宽连接，而其成本只有地下埋设光缆的五分之一，而且不需要等6个月才能拿到施工许可证。对于无线运营商，在昂贵的e1/t1租用线路和带宽较低的微波解决方案之外，fso在流量回输方面提供了一个经济的替代选择。在目前这个竞争激烈的环境中，fso无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署，提高“服务速度”并降低网络操作费用提供了可能。而且fso技术结合了光纤技术的高带宽和无线技术的灵活、快速部署的特性，可以在接入层等近距离高速网的建设中大有用武之地，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。
fso产品目前最高速率可达2.5g，最远可传送4km，在本地网和边缘网等近距离高速网的建设中大有用武之地，主要应用于一些不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方，如市区高层建筑物之间、公路（铁路）两侧的建筑物之间、不易架桥的河流两岸之间、古建筑、高山、岛屿以及沙漠地带等。另外，fso设备也可用于移动基站的环路建设、场所比较分散的 企业 局域网子网之间的连接和应急通信。对于银行、证券、政府机关等需要稳定服务的商业应用来说，fso产品可以作为预防服务中断的光纤备份设备。
当然，fso在应用过程中也存在一定的瓶颈，主要是会受到大气状况或物理障碍的影响，比如其光束在传输中极易受大雾等恶劣天气，物理阻隔或建筑物的晃动/地震的影响。在恶劣的天气下，光束传输的距离会下降，从而降低通信的可靠性，严重的甚至会造成通信中断。
尽管存在不少问题，但自由空间光通信的技术优势更为明显，其自身的特点决定了在一定的环境下，它可以最大发挥自身优势，比如可以用于不便铺设光纤的地方和不适宜使用微波的地方；又由于光纤成本过高，用户无法在短期内实现光纤接入，而他们却渴望享受宽带接入带来的便利， 结合我国现阶段宽带 网络 的实际情况——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），fso不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。fso系统解决了宽带网络的“最后一公里”的接入，实现了光纤到桌面，完成语音、数据、图像的高速传输，拉动了声讯服务业和互动影视传播，实现了“三网融合”，有利于 电子 政务、电子商务、远程 教育 及远程医疗的 发展 ，并产生了巨大的效益，具有广阔的应用领域和市场前景。
参考 文献 ：
［1］zhu x，kahn j m.free space optical communication through atmo-spheric turbulence channels［j］.ieee transactions on communications，2002，50（8）：1293-1300.
光通信研究方向范文5
信息学领域的两个焦点研究方向。在这两个方向上,近年来中国的科学工作者都取得了重大的进展。
2004年,中国建立了一条从北京到天津长125公里的试验性光纤量子通信密码线路; 2007年,中国科学院院士郭光灿带领的研究团队在北京成功试验了“量子路由器”,并获得了美国授权专利; 2009年,世界首个“量子政务网”在安徽芜湖建成。
在量子密码领域取得了巨大成就后,郭院士带领的团队又将大部分精力放在了量子计算机的研究上。那么,在量子领域的探索,我国究竟处于什么水平?量子究竟能给世界带来怎样的变化?带着这些疑问,本报记者采访了国内量子信息领域研究第一人、中国科学院院士郭光灿。
世界首个“量子政务网”在安徽芜湖建成。
量子密码
跻身世界前沿
“目前,在量子密码通信领域,我国的研究水平已经跻身世界前沿,并在某些方面具有不可比拟的优势。”郭光灿自豪地表示。
但是回到10年前,国内还没有几个人认同郭光灿的研究。“在早期的15年里,几乎没有经费支持我们,每年也就是一两万元,当时就是我带着几个学生做基础研究。直到1999年,中科院高技术局局长科研基金支持了5万元之后,我们才开始开展实验研究。”郭光灿坦言。
量子密码究竟有何神秘之处,它如何吸引郭光灿呢?
按照量子信息界的解释,经典信息处理的最基本单元是比特(Bit,即二进制数0或1)。一个按照一定数学规则给出的随机二进制数据串就构成一个密钥,经典通信中最难解决的问题是密钥分配问题。由于密钥分配不是绝对保密的,经典密码也就不可能绝对保密。然而,基于量子力学线性叠加原理和不可克隆定理的量子密钥分配却可以解决这个问题。
一个具体的例子就是大数分解定理,按经典计算复杂性理论,这个问题不存在有效算法,所以被利用来进行经典密钥分配。“但是如果用量子计算机,使用‘Shor量子算法’,情况就大不相同了。例如,为了对一个400位的阿拉伯数字进行因子分解,目前最快的超级计算机将耗时上百亿年,这几乎等于宇宙的整个寿命; 而具有相同时钟脉冲速度的量子计算机只需要大约一分钟。因此,一旦人们拥有了一台量子计算机,那么目前的密码系统将毫无保密性可言。”
这一后果是对目前的密码系统的巨大挑战。为了保证这些领域的信息安全,也为了拓宽人类对微观世界的认识,发展量子信息学刻不容缓。同时郭光灿还指出,他们选择从量子密码研究做起的另一个原因是,量子密码相对于量子计算要容易些,而且,当时在量子密码领域,国际上也有很多技术障碍需要攻克。
据郭光灿介绍,将量子密码装置应用到光纤网络,会遇到了一个困难,就是不稳定。要调控单个量子―把0和1调到一个相位的量子态里―非常困难,各种因素都可能会破坏其稳定性,甚至使其“消失掉”。为此,郭光灿团队发明了一套新的解码器和编码器,保证单向光子的稳定性,同时保证安全。他们已为这项技术申请了美国专利,并获得了授权。这是实现量子密码的第一个关键技术。
第二个关键的技术是网络保密。即在光纤网络里,任何两点都能够保密通信,而不仅仅是点对点的保密通信。单个光纤做到保密通信必须解决3个问题:光纤上实现任何两点之间的保密通信; 任何两个用户保密通信不会互相干扰; 群发系列,例如一个领导机关与多个下属同时多点保密通信。
其中最根本的困难之一是路由器问题。在经典通信中一个信号传过来,路由器可以识别,之后传送。可是量子有一个特点―不可以被识别,一旦识别它,原来的信号就被破坏了。这种情况下,点对点的量子通信容易实现,而量子网络很难实现。为了解决这个问题,郭光灿团队发明了“量子路由器”―用波长做标志,使不同的光子到达不同的地方。这项技术也已获得了美国专利,并于2007年在北京商用光圈建立了城域网通信。
有了两大技术的支撑后,今年5月份,郭光灿带领的量子信息重点实验室在安徽省芜湖市建立了世界上首个量子政务网。这个政务网可以传送政府的红头文件,通过保密的方式发送到下属各局,而且还可以对图像和声音加密,开视频会议。自此,量子密码正式步入应用阶段。
量子计算
研发路漫漫
信息社会60年,计算机的进步就只是把10厘米长的真空电子管,用印刷在硅晶片上面的微米级半导体电极代替而已。
那么未来的60年呢?在15纳米、8纳米之后,再往细微的方向走,经典物理会逐渐失效,因为主宰微观世界的是量子物理,届时经典的摩尔定律很可能就会被量子原理代替。
目前,人类已经在量子密码上实现初步的商用化,但是量子计算机的研究仍然路漫漫。
“因为量子计算机的实现需要量子算法、量子计算模型、量子纠错机制和硬件等各个方面的突破性进展。”郭光灿说,“尽管科学家在实验和理论上都取得了一些成果,但这些研究仍然处于非常早期的阶段。虽然我国在量子信息学科上起步稍晚,但是国家已经在中长期科技规划中设立了量子调控研究这一重大科学研究计划”。郭光灿预测,最终量子计算机将被用来解决现在计算机解决不了的问题。
那么,与经典的计算机相比,量子计算机有哪些神奇之处呢?
郭光灿指出,经典计算机和量子计算机最本质的差异,来自对物理系统状态的描述。对经典计算机来说,每个字节的数据都要一步步地处理,每一个步骤都表示机器的一个明确的状态,上一个步骤的输出作为下一个步骤的输入,前后相续,整个计算任务是串行的; 而对量子计算机来说,系统的不同状态之间的变换,可以并列存在多个途径,使得系统可以在多条路径上并行处理多个计算,这就使得计算机的计算能力获得了指数性的增强。
量子计算机的理论效果确实震惊了世界,但是也有人提出,量子计算只是一个方法论,可能根本实现不了。但是AT&T贝尔实验室的计算机科学家皮特•休尔却有力地反驳了当时的负面观点。
据说,皮特•休尔在1994年设计了第一个适合于量子计算机使用的算法,专门用来对大数进行因子分解。他发现,如果使用量子计算机,再运用他提出的专用算法,这个论断将不再成立。这意味着现代社会广泛使用的密码系统,将随着量子计算机的问世而作废。
郭光灿表示,尽管还存在很多技术难题,但是他非常看好量子计算的未来。
郭光灿指出,当前实现量子计算的瓶颈在于:如何研制含有数目巨大的量子处理器的物理体系,它既可有效地克服不可避免的相关影响,又具有物理可扩展性。这个研究实质上是对人类操控量子世界能力的极大挑战。目前两种主要研究途径是:固态量子计算和基于量子光学的量子计算。而他们实验室的研究方向是固态量子计算。
“我们使用一种新的材料叫石墨烯,来代替原来经典计算机里面的硅材料。在国际上,还有其他三种主流的材料,我们的研究几乎与国际上同步。但我们走的是不一样的方向,一是避免重复研究,二是为了争取我们自己的话语权。”
实际上,从上世纪80年代量子计算正式进入研究阶段,到今天取得重大进展,也就30年的时间。目前量子计算正在飞速发展,因此这个领域也吸引了越来越多的参与者,随着主要的障碍已经或正在被克服,我们似乎可以乐观地估计,下一个30年人类很可能会迎来量子计算时代。
产业化使命
量子信息技术是后摩尔时代的重要新技术,将来有望形成QIT(量子信息)新产业,因而也成为各国未来高技术的战略竞争焦点之一。据介绍,日本今后10年里预计在该课题上的投入将达400亿日元,而美国的情报机构也对此高度关注。
郭光灿预测,量子信息领域中产生的量子密钥分配器、精确测量仪、量子模拟器等都是最接近应用的产品。
在国内,郭光灿是研究量子信息的第一人,他以及他的团队也同样肩负着将科研成果产业化的使命。在量子密码领域取得了重大成就后,很快他们就进行了产业化投入。
今年6月,在安徽省政府的大力支持下,芜湖市政府联合中国科学技术大学成立了一个高新技术研发企业―安徽问天量子科技股份有限公司。目前,公司在量子密钥通信系统上的各项技术已处于国际领先地位。
据了解,利用量子保密通信系统在电源上的技术优势,问天科技研发出了新型WT-PFC-45系列LED路灯驱动电源。该产品的成功研发标志着中科院量子信息重点实验室在量子密码上的科研成果不仅可以在信息安全领域得到重大应用,也可以为其他行业做出重要贡献。
从渔民之子
到量子专家
光通信研究方向范文6
空间光通信系统的发展现状
卫星光通信是人们经过多年探索并于近几年取得突破性进展的新技术。它是一种崭新的空间通信手段，利用人造地球卫星作为中继站转发激光信号，从而实现在多个航天器之间以及航天器与地球站之间的通信。由于卫星光通信具有诸多优点，所以吸引着各国专家锲而不舍的探索。近几年，美国、欧空局各成员国、日本等国都对卫星光通信技术极其重视，对卫星光通信系统所涉及的各项关键技术展开了全面深入的研究，目前在卫星光通信领域已取得突破性进展，成功的实现了卫星-地面、卫星-卫星之间的光通信试验，预计最近几年就将进入实用化阶段。
随着遥感器分辨率不断提高，对传输速率的要求也越来越高，因此用传统的微波数据传输方式难度很大。在这种情况下，倘若改用激光通信传输，那么便可比较容易的满足要求，就其通道终端设备自身而言实现难度相对较小。当然，事物都有两面性，由于激光通信的波束很窄（一般为几十微弧度），对两个都处于运动的通信系统来说，激光束的捕获、跟踪和瞄准都具有较大的挑战性，是急待攻关解决的难题。激光通信可以用于地球同步卫星之间（GEO-GEO）、地球同步卫星与中轨道卫星之间（GEO-MEO）、地球同步卫星与低轨道卫星之间（GEO-LEO）、低轨道卫星之间（LEO-LEO）以及卫星、飞机与地面之间的信息交换。
我国曾开展过激光大气通信理论、技术与系统的研究，但这些工作是以实现地-地之间大气传输光通信为应用背景的。近年来对原子滤波器的研究，为实现强背景干扰情况下的空间光通信提供了技术支持，然而要想达到实际应用还有相当的距离。对于卫星间光通信技术的研究也已经开展，进行了卫星光通信系统的计算机模拟仿真分析以及初步的实验室模拟实验研究，目前正在进行卫星光通信关键技术的研究。随着卫星光通信技术的不断成熟，我国也应将这种通信技术应用于未来各种卫星组网，以便实现它们相互配合协同工作。
空间光通信系统的主要优点
相比与传统的微波空间通信，激光空间通信由于波长比微波波长明显短，具有高度的相干性，良好的单色性和空间定向性，这决定了它具有通信容量大、设备体积小、质量轻、功耗低、安全性（可靠性）高、保密性好等特点，此外，还有传输速率高、可用频带宽、建造和维护经费低廉等优势。下面分别详细叙述：
1、通信容量大
激光的频率比微波要高许多，作为通信的载波有更宽的利用频带。光纤通信技术可以移植到空间通信中来，目前光纤通信每束光波的数据率可达20Gb/s以上，并且能采用波分复用技术，使得通信容量上升几十倍。因此，在通信容量上，光通信比微波通信具有巨大的优势。
2、体积小、质量轻
由于空间激光通信的能量利用率高，使得发射机及其供电系统的重量减轻；由于激光的波长短，在同样的发散角和接收视场要求下，发射和接收望远镜口径都可
以减小。摆脱了微波系统巨大的碟形天线，重量减轻，体积减小。
3、功耗低
激光的发散角很小，能量高度集中，落在接收机望远镜天线上的功率密度高，发射机的发射功率可大大降低，功耗相对较低。这对应于能源成本高昂的空间通信来说，是十分适用的。
4、可靠性高
由于光通信系统使用激光作为光源，其发散角很小，能量集中在很窄的光束中。窄光束意味着和邻近卫星间的通信干扰将会减小，这对于卫星较多的低轨道星座群之间相互通信非常重要，因为它的可靠性高，所以避免了相互影响冲突，稳定性增强，提高通信效率。
5、保密性好
由于激光具有高度的定向性，发射波束纤细，激光的发散角通常在毫弧度，这使得激光通信具有良好的保密性，可有效的提高抗干扰、防窃听的能力。
6、其它优点
光通信的频段不像射频那样由国家或国际机构管理，光频段的使用现今没有受到限制。此外，空间激光通信的建造费用和维护费用十分低廉。
空间光通信系统的结构组成
我们按照功能不同将空间光通信系统分为光源分系统，发射和接收分系统，信标分系统，捕获、瞄准和跟踪分系统四大模块，下面分别讨论如下：
1、光源分系统
在卫星光通信中，通信光源至关重要。它直接影响天线的增益、探测器件的选择、天线直径、通信距离等参量，因此对光源子系统研究十分必要。美国、欧洲、日本在低轨道-低轨道和低轨道-静止轨道卫星的空间通信链路试验中，都采用800~850nm波长范围的AlGaAs（砷镓化铝）激光器，因为该范围的APD（雪崩光电二极管）探测器件工作在峰值，量子效率高、增益高。而在星地通信链路试验中，地面装置采用半导体泵浦倍频Nd：YAG激光器或氩离子激光器作为光源，波长在514~532nm，该波段具有较强的抗干扰能力，能穿过大气而不使通信中断。从抗太阳干扰因素和半导体激光器的发展来看，将来卫星光通信采用的光源有向更短波段发展的趋势。半导体泵浦倍频Nd：YAG激光器由于不仅具有良好的相干性，而且可以做得体积很小，因此也是将来星上激光器的一个良好选择。
2、发射和接收分系统
发射、接收分系统是卫星光通信系统的关键子系统之一。光发射机大致可认为是光源、调制器和光学天线的级联，而光接收机则可看成是光学接收天线和探测器、解调器的级联。
调制的作用是将需要发射的信号调制到光载波上；探测、解调是通过光电转换器件将光信号转换为电信号。探测部分还包括滤波、放大部分，该部分也是卫星光通信系统中必不可少的。
3、信标分系统
由于在空间光通信系统中，通信信号光束发散角非常小，因此如果利用信号光束进行捕获、瞄准将会是非常困难的过程。所以在卫星光通信系统中都要单独设立一个激光信标分系统。信标光束主要是给瞄准、捕获过程提供一个较宽的光束，以便在扫描过程中易于探测到信标光束，然后进行后面的调整过程。
4、捕获、瞄准和跟踪分系统
捕获、瞄准、跟踪分系统是空间光通信系统中非常重要的分系统之一，也是空间光通信的难点、重点。各国在对空间光通信系统的研究中，都提出了一些捕获、瞄准、跟踪系统的方案，并对相当一部分方案进行了实验室模拟。这些方案在探测时的扫描方式以及探测、跟踪传感器的选择等方面都有所不同，但实际采用的捕获、瞄准、跟踪方案是基本一致的。
空间光通信系统的主要技术指标
空间光通信系统的主要技术指标如表1所示。
影响空间光通信系统性能
的因素以及对策
1、大气影响
大气对空间光通信的影响主要表现为两个方面：大气衰减以及光束闪烁、扩散、弯曲。
大气衰减是指因大气对光束的吸收和散射而引起的信号能量减弱。吸收是由水蒸气、二氧化碳、臭氧分子等对光有吸收作用造成的。克服大气衰减的方法有三种：一是选择工作波长，使其处于透过率高的大气窗口之内；二是提高激光器的输出功率；三是提高接收机的灵敏度（其中包含优化光学系统设计、增大接收天线口径、对光学天线作镀膜处理、选择高灵敏度的光敏感器件、降低接收机的噪声等）。
光束闪烁、扩散、弯曲是由传播过程中大气湍流和大气折射引起的波前失真造成的。大气湍流的影响是造成传输的误码率增加。散射是由悬浮粒子引起的米氏散射、瑞利散射造成的。光束扩散、弯曲的影响是造成接收到的光功率下降。克服光束闪烁、扩散、弯曲的方法是增加接收天线面积和在发射与接收两端分别使用自适应光学技术。
2、温度影响
光通信系统的终端处在平台的不同位置，设备之间总存在有温度梯度。而设备又是用多种材料制成的，不同材料有不同的膨胀系数，温度梯度势必会造成机械结构变形，从而影响系统的安装和指向精度。克服的方法有两种：一是选用膨胀系数小的材料，二是采用主动温控措施。
3、背景光的干扰
太阳光、月光、星光及地面的反射光，都可能对通信链路的建立和正常的通信产生干扰。克服背景光干扰的方法是采用窄带滤光器和缩小接收视场。
4、恶劣天候的干扰
雾、雨、雪、雹等气象条件都会对光的传播造成衰减。典型气象条件下的传播衰减情况如表2所示。克服的方法同大气衰减项。
5、飞行平台的姿态变化
飞行平台的姿态变化会改变光束指向。光束指向的随机变化给捕获、瞄准和跟踪带来困难。即使飞行平台姿态变化小到不影响捕获、瞄准和跟踪，但也会引起接收信号的质量下降。接收信号质量下降的直接表现是信号噪声比的降低和误码率的增加。因此对飞行平台姿态变化和振动要采取措施。克服的方法是用稳定平台和采取隔振措施。
6、飞行平台的相对运动
飞行平台的相对运动将造成光束指向的不确定性。克服此影响的方法是用星历表
和实时的轨道预报，以设置超前瞄准参数。
实现空间光通信系统的关键
技术及难点
1、捕获、跟踪、瞄准技术
快速、精确的捕获、跟踪和瞄准是保证空间远距离光通信的前提，属于空间远距离光通信的核心技术。由于卫星之间的相对运动和为了减少发射功率，激光信标发射采用的是微弧度量级的窄波束，所以更使得捕获、跟踪、瞄准的难度进一步加大。因此，在相距极远的两颗卫星之间，必须保证信标光的发射波束覆盖接收机的接收天线，这样才能保证接收端捕获和跟踪发射端的窄光束，并且非常有必要进行深入透彻的分析空间飞行条件，从而制订合理的、切实可行的ATP方案，同时优化设计，最终实现快速、精确的捕获、跟踪、瞄准，达到或者满足系统所要求的指标。
为了缓解对空间瞄准、捕获和跟踪系统苛刻的要求，同时加快通信链路建立速度，接收机的视场角一定要宽，为几个毫弧度，灵敏度为-110dBW，跟踪精度为几十个毫弧度。然而这样接收的背景辐射功率就会迅速上升，掩埋其中的信标信号。解决这一问题的关键在于在接收机中使用超窄带宽、高透射率的光学滤波器。
系统完成目标捕获后，就要对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用四象限红外探测器QD或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配以相应的电子学伺服控制系统。精跟踪要求视场角为几百微弧度，跟踪灵敏度为-90dBW，跟踪精度为几微弧度。
2、发射机激光器超高速率调制技术
目前各国空间激光通信实验的码率都在1Gb/s以上，而且在不断提高，为了增大通信容量，在一些方案中采用同一波长两路旋向相反的圆偏振光同时传送，从而使通信容量加倍。在超高速调制的同时，又要产生足够的功率用于广阔的空间传输距离，因此除了要研究大功率半导体激光器以外，国外还在研究采用激光二极管阵列的方案。
3、高灵敏度且抗干扰的接收机技术
众所周知，光在自由空间的传播，其强度与波长的平方成正比，与传输距离的平方成反比，传输的距离越长，光能量衰减越严重。卫星之间的距离可能会长达40000千米，在这种情况条件下，激光波束的强度会衰减相当严重。过大的损耗使得可接收的信号十分微弱，因此必须研制高灵敏度且抗干扰的接收机才行，否则背景辐射等噪声会使误码率大到不可接收的程度。目前，除了提高检测器本身的灵敏度以外，还正在研究探讨外差接收、纠错编码等途径。
4、精密且有高增益的收发天线技术
为完成系统的双向互逆跟踪，光通信系统采用收发合一天线，隔离度近100%的精密光机组件（又称万向支架）。由于半导体激光器光束质量一般较差，要求天线增益要高，另外，为适应空间系统，天线（包括主副镜，合束，分束滤光片等光学元件）总体应满足结构紧凑、轻巧、稳定可靠的要求。国际上现有系统的天线口径一般为几厘米至25厘米。
5、卫星与地面设备之间的传输技术
空间数据通信网最终还是要与地面设备连接，若卫星与地面设备之间不采用激光通信，便无法和卫星之间通信的高速率匹配，以致卫星-地面链路将成为全球通信整体网络中的制约环节。前面曾经说过，由于激光在大气中传输会受到散射、折射、背景辐射等多种因素的影响，除了衰减大大增强之外，波前畸变、强度抖动、多径效应、云层遮断等现象均可发生，这些不利因素会导致通信距离急剧下降，使光信号受到严重干扰，甚至脱靶。所以，这里再次提出注意，如何保证随机信道条件下系统能正常工作是非常重要的。
6、地面测试以及实验验证技术
发射功率、接收功率、工作波长、天线增益、扫描范围、数据率、误码率等部件和系统性能指标都必须进行测试和实验验证，以此判定设计的正确性、合理性，并外推出在轨运行是否能满足系统指标要求。地面测试和实验验证技术的研究内容一般包含研究测试和实验方法，制订合理的、切实可行的地面测试和实验验证方案以及研制用于地面测试和实验的专用设备。
7、防辐照技术
宇宙空间中的电子、中子、质子等高能粒子时刻都在威胁着空间飞行器的安全。光学天线镀膜、光电敏感器及电子元器件等长期受到高能粒子的轰击，会造成性能下降或者损坏。因此，开展高能粒子分析及制订防辐照措施是提高工作效率与延长寿命所必不可少的。
8、防冷焊技术
