現(xiàn)代通信系統(tǒng)新技術(shù) (第三版) 課件 第6章 光通信

第6章

光通信6.1波分復(fù)用(WDM)技術(shù)6.2相干光通信技術(shù)6.3光孤子通信6.4無(wú)線光(FSO)通信6.5全光通信系統(tǒng)6.6紫外光通信技術(shù)小結(jié)

6.1波分復(fù)用(WDM)技術(shù)

6.1.1WDM的基本原理光通信網(wǎng)絡(luò)也成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。波分復(fù)用技術(shù)在光纖通信出現(xiàn)伊始就出現(xiàn)了，20世紀(jì)80年代雙波長(zhǎng)WDM(1310/1550nm)系統(tǒng)就在美國(guó)AT&T網(wǎng)中開(kāi)始使用了，其傳輸速率為2?×?1.7Gb/s。

但是直到20世紀(jì)90年代中期，WDM系統(tǒng)的發(fā)展速度并不快，主要原因有兩個(gè)：①TDM(時(shí)分復(fù)用)技術(shù)的發(fā)展，且155～622Mb/s～2.5Gb/sTDM技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2.5Gb/s系統(tǒng)以下(含2.5Gb/s系統(tǒng))，系統(tǒng)每升級(jí)一次，每比特傳輸成本就會(huì)下降30%左右。所以，在過(guò)去的系統(tǒng)升級(jí)中，人們首先想到并采用的是TDM技術(shù)。②

波分復(fù)用器件還沒(méi)有完全成熟，波分復(fù)用器/解復(fù)用器和光放大器在20世紀(jì)90年代初才開(kāi)始商用。

WDM技術(shù)發(fā)展迅速的主要原因在于：

①

光電器件的迅速發(fā)展，特別是EDFA的成熟和商用，使得在光放大器(1530～1565nm)區(qū)域采用WDM技術(shù)成為可能；

②

由于利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術(shù)的極限，因此TDM已沒(méi)有太多的潛力可挖，并且傳輸設(shè)備的價(jià)格也很高；

③

已敷設(shè)的G.652光纖1550?nm窗口的高色散限制了TDM系統(tǒng)的傳輸，光纖色度色散和極化模色散的影響日益加重。

從光纖通信發(fā)展的幾個(gè)階段來(lái)看，所應(yīng)用的技術(shù)都與光纖密切相關(guān)。20世紀(jì)80年代初期的多模光纖通信所應(yīng)用的是多模光纖的850nm窗口；80年代末90年代初的PDH系統(tǒng)所應(yīng)用的是單模光纖1310nm窗口；1993年出現(xiàn)的SDH系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向1550nm窗口；WDM是在光纖上實(shí)行的頻分復(fù)用技術(shù)，更是與光纖有著不可分割的聯(lián)系。目前的WDM系統(tǒng)是在1550nm窗口實(shí)施的多波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)，因而在深入討論WDM技術(shù)以前，有必要討論一下光纖的特性，特別是光纖的帶寬和損耗。

1．光纖的基本特性

單模光纖由于具有內(nèi)部損耗低、帶寬大、易于升級(jí)擴(kuò)容和成本低的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。從20世紀(jì)80年代末起，我國(guó)在國(guó)家干線網(wǎng)上敷設(shè)的都是常規(guī)單模光纖。常規(guī)石英單模光纖同時(shí)具有1550?nm和1310?nm兩個(gè)窗口，最小衰減窗口位于1550?nm窗口。多數(shù)國(guó)際商用光纖在這兩個(gè)窗口的典型數(shù)值為：1310?nm窗口的衰減為0.3～0.4?dB/km；1550nm窗口的衰減為0.19～0.25dB/km。光纖頻譜的損耗如圖6-1所示。圖6-1光纖頻譜的損耗

2．WDM的基本原理

在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容量，通常使用頻分復(fù)用的方法，即在同一根電纜中同時(shí)傳輸若干個(gè)信道的信號(hào)。由于接收端各載波頻率的不同，因此利用帶通濾波器就可濾出每一個(gè)信道的信號(hào)。

圖6-2給出了波分復(fù)用系統(tǒng)的原理圖。圖6-2波分復(fù)用系統(tǒng)原理圖

WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)，每個(gè)波長(zhǎng)通路通過(guò)頻域的分割來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)波長(zhǎng)通路占用一段光纖帶寬，如圖6-3所示。圖6-3WDM的頻譜分布

WDM技術(shù)與過(guò)去的同軸電纜FDM技術(shù)不同的是：

①

傳輸媒質(zhì)不同，WDM系統(tǒng)是光信號(hào)上的頻率分割，同軸電纜FDM系統(tǒng)是電信號(hào)上的頻率分割；

②

在每個(gè)通路上，同軸電纜FDM系統(tǒng)傳輸?shù)氖?kHz的模擬語(yǔ)音信號(hào)，而WDM系統(tǒng)目前每個(gè)波長(zhǎng)通路上是數(shù)字信號(hào)SDH2.5Gb/s或更高速率的數(shù)字信號(hào)。

3．WDM的主要特點(diǎn)

WDM技術(shù)可以充分利用光纖的巨大帶寬資源來(lái)使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸容量增加幾倍至幾十倍。在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)，N個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來(lái)在單模光纖中傳輸可以節(jié)約大量的光纖。另外，對(duì)于早期安裝的芯數(shù)不多的電纜，利用波分復(fù)用之后，不必對(duì)原有系統(tǒng)做較大的改動(dòng)即可方便地進(jìn)行擴(kuò)容。

6.1.2WDM通信系統(tǒng)

1．集成式系統(tǒng)和開(kāi)放式系統(tǒng)

WDM系統(tǒng)可以分為集成式WDM系統(tǒng)和開(kāi)放式WDM系統(tǒng)。

集成式系統(tǒng)中的SDH終端設(shè)備都具有滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)、滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠?又稱(chēng)彩色接口)。這兩項(xiàng)指標(biāo)都是當(dāng)前SDH系統(tǒng)不要求的。集成式系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有多余設(shè)備。四路光信號(hào)集成式WDM系統(tǒng)如圖6-4所示。圖6-4集成式WDM系統(tǒng)

開(kāi)放的WDM系統(tǒng)適用于多廠家環(huán)境，徹底實(shí)現(xiàn)了SDH與WDM的分開(kāi)。四路光信號(hào)開(kāi)放式WDM系統(tǒng)如圖6-5所示。圖6-5四路光信號(hào)開(kāi)放式WDM系統(tǒng)

2．工作波長(zhǎng)區(qū)的選擇

在1549～1560?nm波長(zhǎng)區(qū)間，EDFA的增益相對(duì)平坦，其增益差在1.5dB以?xún)?nèi)，而且增益較高，可充分利用EDFA的高增益區(qū)，如圖6-6所示。

在多級(jí)級(jí)聯(lián)的WDM系統(tǒng)中，容易實(shí)現(xiàn)各通路的增益均衡。另外，由于該區(qū)域位于長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)一側(cè)，因此很容易在EDFA的另一側(cè)1530～1545nm波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)開(kāi)通另外16個(gè)波長(zhǎng)，然后將其擴(kuò)容為32通路的WDM系統(tǒng)。

16通路WDM系統(tǒng)的16個(gè)光通路的中心頻率應(yīng)滿足表6-1的要求；8通路WDM系統(tǒng)的8個(gè)光通路的中心波長(zhǎng)則應(yīng)選擇表6-1中加?*?的波長(zhǎng)。圖6-6WDM系統(tǒng)的頻譜分布

3．光接口分類(lèi)

由于現(xiàn)在應(yīng)用的WDM系統(tǒng)都是用于干線長(zhǎng)途傳輸?shù)?，因而我?guó)只選用有線路光放大器的系統(tǒng)，而不考慮兩點(diǎn)之間無(wú)線路光放大器的WDM系統(tǒng)。現(xiàn)階段只考慮8波長(zhǎng)和16波長(zhǎng)WDM系統(tǒng)的應(yīng)用。

對(duì)于長(zhǎng)途W(wǎng)DM系統(tǒng)的應(yīng)用，規(guī)定了三種光接口，即8×22dB、3×?33dB和5×?30dB。其中，22dB、30dB和33dB是每一個(gè)區(qū)段(Span)允許的損耗，而前一個(gè)數(shù)字(8，3，5)則代表區(qū)段的數(shù)目。

圖6-7為8×22dB系統(tǒng)的示意圖。圖6-78?×?22dB系統(tǒng)示意圖

4．光接口參數(shù)

在進(jìn)行WDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)光接口的參數(shù)要規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，特別是考慮到高功率條件下非線性效應(yīng)和光信噪比的要求，應(yīng)合理選擇入纖功率，并對(duì)開(kāi)放系統(tǒng)和集成系統(tǒng)提出相應(yīng)要求。WDM系統(tǒng)接收端的光信噪比(OSNR)數(shù)值要求是，對(duì)于8×?22dB的系統(tǒng)，其光信噪比為22dB；對(duì)于5×30dB和3×33dB的系統(tǒng)，則要求光信噪比分別為21dB和20dB。系統(tǒng)的OSNR很大程度上取決于區(qū)段的損耗，區(qū)段的損耗越大，則最后系統(tǒng)的性能越差。

5．性能要求

目前，WDM系統(tǒng)還缺少一套衡量其傳輸質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。雖然光信噪比可以用來(lái)衡量系統(tǒng)傳輸質(zhì)量，但還存在一定缺陷。當(dāng)光信噪比很高時(shí)(?>22dB)，系統(tǒng)的質(zhì)量還可以保證(一般BER?<?10

15)；但當(dāng)OSNR工作在臨界狀態(tài)，如15～17dB時(shí)，OSNR就很難定量地評(píng)估信號(hào)傳輸質(zhì)量了；再考慮到信號(hào)脈沖傳輸中出現(xiàn)的波形失真，有時(shí)OSNR較高時(shí)相應(yīng)的誤碼率也較差。

開(kāi)放式WDM系統(tǒng)引入了波長(zhǎng)變換器(OTU)，OTU應(yīng)具有和SDH再生中繼器一樣的抖動(dòng)傳遞特性和輸入抖動(dòng)容限。

DWDM只是WDM的一種形式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明確和準(zhǔn)確的定義，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，原來(lái)所謂密集的波長(zhǎng)間隔在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也越來(lái)越容易，已經(jīng)變得不那么“密集”了。一般情況下，如果不特指是1310nm/1550nm的雙波長(zhǎng)WDM系統(tǒng)，人們談?wù)摰腤DM系統(tǒng)就是DWDM系統(tǒng)。

6.2相干光通信技術(shù)

6.2.1相干光通信的基本原理圖6-8給出了相干光通信系統(tǒng)的組成框圖。在相干光通信系統(tǒng)中，信號(hào)以適當(dāng)?shù)姆绞秸{(diào)制光載波。當(dāng)信號(hào)光傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，首先與本振光信號(hào)進(jìn)行相干混頻，然后由光檢測(cè)器進(jìn)行光電變換，最后由中頻放大器對(duì)本振光波和信號(hào)光波的差頻信號(hào)進(jìn)行放大。中頻放大輸出的信號(hào)通過(guò)解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，從而可以獲得原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。圖6-8相干光通信系統(tǒng)的組成框圖

設(shè)到達(dá)接收端的信號(hào)光場(chǎng)ES可表示為

式中，AS為光信號(hào)的幅度；ω0為光載波頻率；φS為光場(chǎng)相位。本振光場(chǎng)EL可表示為

由于光匹配器使信號(hào)光與本振光具有相同的偏振狀態(tài)，所以?xún)晒鈭?chǎng)經(jīng)相干混頻后在光檢測(cè)器上會(huì)產(chǎn)生光電流IS。IS正比于?|ES?+?EL|，即

式中，R為光檢測(cè)器的響應(yīng)度；PS和PL分別為信號(hào)光和本振光的光功率；ωIF為信號(hào)光頻與本振光頻之差，ωIF＝ω0-?ωL，稱(chēng)為中頻。

在式(6-3)中，如果本振光頻率ωL與信號(hào)光頻率ω0相等，那么中頻ωIF=?0，這種檢測(cè)方式稱(chēng)為零差檢測(cè)。在零差檢測(cè)中，信號(hào)電流iS變成

在這種檢測(cè)方式中，光信號(hào)被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，但它要求本振光頻率與信號(hào)光頻率嚴(yán)格匹配，并且要求本振光與信號(hào)光的相位鎖定，圖6-9給出了這種檢測(cè)方式的結(jié)構(gòu)和信號(hào)的頻譜分布。圖6-9零差檢測(cè)的結(jié)構(gòu)和信號(hào)的頻譜分布

如果本振光頻率ωL與信號(hào)光頻率ω0不相等，而是相差一個(gè)中頻ωIF，那么這種檢測(cè)方式稱(chēng)為外差檢測(cè)。在外差檢測(cè)中，信號(hào)電流

與零差檢測(cè)不同，外差檢測(cè)不要求本振光與信號(hào)光之間的相位鎖定和光頻率嚴(yán)格匹配，但這種檢測(cè)方式不能直接獲得基帶信號(hào)，信號(hào)仍然被載在中頻上，因此需要對(duì)中頻進(jìn)行二次解調(diào)，圖6-10給出了外差檢測(cè)的結(jié)構(gòu)和信號(hào)的頻譜分布。根據(jù)中頻信號(hào)的解調(diào)方式的不同，外差檢測(cè)又分同步解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。圖6-10外差檢測(cè)的結(jié)構(gòu)和信號(hào)的頻譜分布

外差同步解調(diào)如圖6-11所示，光檢測(cè)器上輸出的中頻信號(hào)首先通過(guò)一個(gè)中頻帶通濾波器(BPF，中心頻率為ωIF)，分成兩路，其中一路用作中頻載頻恢復(fù)，恢復(fù)出的中頻載波與另一路中頻信號(hào)進(jìn)行混頻，最后由低通濾波器(LPF)輸出基帶信號(hào)。這種同步解調(diào)方式具有靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。圖6-11外差同步解調(diào)

在如圖6-12所示的外差包絡(luò)解調(diào)中，信號(hào)光沒(méi)有中頻載頻的恢復(fù)過(guò)程，而是經(jīng)帶通濾波后直接經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器和低通濾波器，從而直接檢測(cè)出基帶信號(hào)。其光譜寬度的要求不高，采用分布反饋式(DFB)半導(dǎo)體激光器即可滿足要求，因此這種方式在相干通信中很有吸引力。圖6-12外差包絡(luò)解調(diào)

6.2.2相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)

與IM-DD系統(tǒng)相比，相干光通信最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是接收靈敏度高。由于相干檢測(cè)對(duì)中頻信號(hào)起重要作用的本振光功率較大，使中頻信號(hào)較強(qiáng)，從而使接收靈敏度比IM-DD系統(tǒng)高10～25?dB，中繼距離大大加長(zhǎng)。相干光通信的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有很好的頻率選擇性，通過(guò)對(duì)光接收機(jī)中本振光頻率的調(diào)諧來(lái)對(duì)特定頻率的光載波進(jìn)行接收，可以實(shí)現(xiàn)信道間隔小至1～10?GHz的密集頻分復(fù)用，從而有效增加傳輸容量，實(shí)現(xiàn)超高容量的傳輸。

在IM-DD系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度調(diào)制方式對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制；而在相干光通信系統(tǒng)中，可以采用調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等多種調(diào)制方式。但是，相干光通信對(duì)光源、調(diào)制、傳輸、接收的要求都比IM-DD嚴(yán)格得多。實(shí)現(xiàn)相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)主要有兩個(gè)：

一是光源的頻率穩(wěn)定性問(wèn)題，在相干光通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)的載波光源和接收機(jī)的本振光源的頻率穩(wěn)定性要求非常高，不容易實(shí)現(xiàn)；

二是接收信號(hào)光波和本振光波的偏振必須匹配，以保證接收機(jī)具有較高的靈敏度。

目前這些問(wèn)題并沒(méi)有得到完全解決，所以相干光通信系統(tǒng)尚未進(jìn)入實(shí)用階段。但是近年來(lái)，已成功研制出一些相干光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它們向人們展示了相干光通信系統(tǒng)的優(yōu)越性。我們有理由相信，隨著技術(shù)水平的提高，在不久的將來(lái)，相干光通信將在光纖通信中發(fā)揮重要作用。

6.3光

孤

子

通

信

光纖的損耗和色散是限制系統(tǒng)傳輸距離的兩個(gè)主要因素，尤其是在傳輸率為兆位每秒以上的高速光纖通信系統(tǒng)中，色散將起主要作用，且脈沖展寬效應(yīng)會(huì)使得系統(tǒng)的傳輸距離受到限制。

6.3.1光孤子的基本特征

在討論光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)時(shí)指出：在強(qiáng)光作用下，光纖的折射率n將隨光強(qiáng)而變化，即n=n0+?，進(jìn)而引起光場(chǎng)的相位變化為圖6-13脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制

設(shè)光纖無(wú)損耗，在光纖中傳輸?shù)囊颜{(diào)波為線性偏振模式，其場(chǎng)強(qiáng)可以表示為

式中，R(t)為徑向本征函數(shù)；U(z,t)為脈沖的調(diào)制包絡(luò)函數(shù)；ω0為光載波頻率；β0為調(diào)制頻率ω?=?ω0時(shí)的傳輸常數(shù)。

已調(diào)波E(r,z,t)的頻譜在ω?=?ω0處有峰值，頻譜較窄，所以可近似為單色平面波。由于非線性克爾效應(yīng)，傳輸常數(shù)應(yīng)寫(xiě)成

式中，P為光功率；Aeff為光纖有效截面積。

由此可見(jiàn)，β不僅是折射率的函數(shù)，而且是光率的函數(shù)。在β0和P=?0附近把β展開(kāi)成級(jí)數(shù)，得

6.3.2光孤子通信系統(tǒng)

圖6-14(a)示出了光孤子通信系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。光孤子源會(huì)產(chǎn)生一系列脈沖寬度很窄的光脈沖，即光孤子流。光孤子流作為信息的載體進(jìn)入光調(diào)制器，并使信息對(duì)光孤子流進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制的光孤子流經(jīng)摻鉺光纖放大器和光隔離器后，進(jìn)入光纖線路進(jìn)行傳輸。圖6-14光孤子通信系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

6.4無(wú)線光(FSO)通信

無(wú)線光通信又稱(chēng)自由空間光通信(FreeSpaceOpticalCommunications，F(xiàn)SO)，是一種寬帶接入方式，是光通信和無(wú)線通信結(jié)合的產(chǎn)物，它利用光束信號(hào)通過(guò)大氣空間，而不是通過(guò)光纖傳送信號(hào)。這種技術(shù)的接入系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)上與光纖傳送系統(tǒng)非常相似，系統(tǒng)的物理組成非常簡(jiǎn)單，用戶(hù)無(wú)須申請(qǐng)無(wú)線頻率，而且起始投資低、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，能快速裝設(shè)，可提供與光纖系統(tǒng)相似的傳送帶寬。

6.4.1無(wú)線光通信技術(shù)的發(fā)展

LightPointe公司將自由空間光學(xué)技術(shù)用于創(chuàng)造、設(shè)計(jì)和制造光傳輸設(shè)備，并向電信服務(wù)商提供比傳統(tǒng)光纜傳輸速度更快、成本更低的高速通信解決方案。LightPointe的系統(tǒng)以超快的速度提供安全可靠的無(wú)線傳輸，速度最高可達(dá)2.5Gb/s，且產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，可解決城市地區(qū)的連接問(wèn)題。

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，在眾多的寬帶技術(shù)之中，無(wú)線光通信以其容量和價(jià)格的優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多運(yùn)營(yíng)公司的注意，應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大。

6.4.2無(wú)線光通信系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

無(wú)線光通信是利用激光束作為載波，不使用光纖等有線信道作為傳輸介質(zhì)，而是在空氣中直接傳輸光信息的一種通信方式，也就是利用激光束作為信道在空間直接進(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等信息雙向傳輸?shù)囊环N技術(shù)。FSO可分為大氣光通信、衛(wèi)星間光通信和星地光通信。

無(wú)線光通信系統(tǒng)包括發(fā)射和接收兩個(gè)部分。發(fā)射部分主要由激光器、光調(diào)制器和光學(xué)天線組成；接收部分主要由光學(xué)天線、光電檢測(cè)器和電信號(hào)處理器組成。發(fā)射是先將待發(fā)送的信息源變換成電信號(hào)，然后將這些電信號(hào)輸入光調(diào)制器，調(diào)制到一個(gè)由激光器產(chǎn)生的激光束上，并控制這個(gè)載波的某個(gè)參數(shù)，使光按照電信號(hào)的規(guī)律變化；接下來(lái)激光載波就運(yùn)載著這些已調(diào)制成激光的信息，在經(jīng)過(guò)處理后由發(fā)射天線發(fā)射出去。接收是發(fā)射的逆過(guò)程，接收天線接收到已調(diào)制的激光信號(hào)后送到光檢測(cè)器取出電信號(hào)，然后由信號(hào)變換設(shè)備恢復(fù)出原始信息。

無(wú)線光通信系統(tǒng)具體的工作原理如圖6-15所示，圖中信號(hào)交換與處理、信息發(fā)送與接收屬于電信號(hào)部分。圖6-15無(wú)線光通信系統(tǒng)工作原理

6.4.3無(wú)線光通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

雖然無(wú)線光通信技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展，但它以獨(dú)特的方式、顯著的優(yōu)點(diǎn)擁有著巨大的市場(chǎng)潛能：

(1)頻帶寬、速率高、信息容量大。

(2)頻譜資源豐富。

(3)適用多種通信協(xié)議。

(4)部署鏈路快捷。

(5)傳輸保密性好。

(6)不易出現(xiàn)傳輸堵塞。

(7)便攜性。

(8)全天候工作。

6.4.4無(wú)線光通信的關(guān)鍵技術(shù)

1.高功率光源及高碼率調(diào)制技術(shù)

空間光通信系統(tǒng)大多可采用半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體泵浦的Nd:YAG固體激光器作為信號(hào)光和信標(biāo)光源，其工作波長(zhǎng)滿足大氣傳輸?shù)蛽p耗窗口，即0.8～1.5μm的近紅外波段。用于ATP(Acquisition，Tracking，Pointing，捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn))系統(tǒng)的信標(biāo)光源(采用單管或多管陣列組合，以加大輸出功率)要求能提供數(shù)瓦連續(xù)光或脈沖光，以便在大視場(chǎng)、高背景光干擾下快速、精確地捕獲和跟蹤目標(biāo)；通常信標(biāo)光的調(diào)制頻率為幾十赫茲至幾千赫茲(或幾千赫茲至幾十千赫茲)，以克服背景光的干擾。

2.精密、可靠的光束控制技術(shù)

在發(fā)射端，由于半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量一般較差、發(fā)散角大，而且水平和垂直兩個(gè)方向的發(fā)散角不相等，因此必須進(jìn)行準(zhǔn)直，即先將發(fā)散角壓縮到毫弧度級(jí)，然后再通過(guò)發(fā)射望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步將其準(zhǔn)直成微弧度級(jí)；在接收端，接收天線的作用是將空間傳播的光場(chǎng)收集并匯聚到探測(cè)器表面。發(fā)射和接收天線的效率及接收天線的口徑都對(duì)系統(tǒng)的接收光功率有重要影響。

3.高靈敏度和高抗干擾性的光信號(hào)接收技術(shù)

空間光通信系統(tǒng)中，光接收機(jī)接收到的信號(hào)是十分微弱的，加上高背景噪聲場(chǎng)的干擾，會(huì)導(dǎo)致接收端信噪比小于1。為快速、精確地捕獲目標(biāo)和接收信號(hào)，通常采取的措施有：首先是提高接收端機(jī)的靈敏度，使其達(dá)到納瓦至皮瓦量級(jí)，這就需要選擇量子效率高、靈敏度好、響應(yīng)速率快、噪聲小的新型光電探測(cè)器件；其次是對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行處理，在光信道上采用光窄帶濾波器，如吸收濾光片、干涉濾光片、新型的原子共振濾光器等，以抑制背景雜散光的干擾，在電信道上則采用微弱信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)。

4.快速、精確的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)(ATP)技術(shù)

ATP系統(tǒng)通常由兩部分組成：

(1)捕獲(粗跟蹤)系統(tǒng)，捕獲范圍可達(dá)

±1°～±20°或更大。通常采用陣列CCD來(lái)實(shí)現(xiàn)，并與帶通光濾波器、信號(hào)實(shí)時(shí)處理的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成粗跟蹤即目標(biāo)的捕獲。

(2)跟蹤、瞄準(zhǔn)(精跟蹤)系統(tǒng)，通常采用四象限紅外探測(cè)器QD或Q-APD高靈敏度位置傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，并配以相應(yīng)的電子學(xué)伺服控制系統(tǒng)。精跟蹤要求視場(chǎng)角為幾百微弧度，跟蹤精度為幾微弧度，跟蹤靈敏度大約為幾納瓦。

5.大氣信道

在地對(duì)地、地對(duì)空的激光通信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸中，涉及的大氣信道是隨機(jī)的。大氣中的氣體分子、水霧、雪、霾、氣溶膠等粒子的幾何尺寸與半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)相近甚至更小，這就會(huì)引起光的吸收、散射。特別是在強(qiáng)湍流的情況下，光信號(hào)將受到嚴(yán)重干擾甚至脫靶。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以較好地解決這一問(wèn)題，并已逐漸實(shí)用。

6.調(diào)制方式、編碼方式及解調(diào)方式

目前，空間光通信系統(tǒng)多采用IM-DD方式，主要是考慮到系統(tǒng)能比較簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這種方式。采用的編碼方式多為開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)編碼和曼徹斯特編碼方式。在實(shí)際應(yīng)用中，采用曼徹斯特編碼方式的接收誤碼率通常比采用OOK編碼的要低。

6.4.5無(wú)線光通信的典型應(yīng)用

1.在局域網(wǎng)連接中的應(yīng)用

在校園網(wǎng)、小區(qū)網(wǎng)或大企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)碰到這樣一種情況：馬路對(duì)面的新建大樓急需接通，但可挖路許可權(quán)卻遲遲不能得到批準(zhǔn)或者根本就無(wú)法取到。這時(shí)候無(wú)線光通信技術(shù)便可以大顯身手，如圖6-16所示。圖6-16局域網(wǎng)的延伸

2.在城域、邊緣網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

圖6-17所示為一種采用無(wú)線光通信技術(shù)的解決方案。在這種方案中，無(wú)線光通信技術(shù)集中展現(xiàn)了高帶寬的魅力。這種連接方式可以滿足城市邊緣網(wǎng)通信中對(duì)數(shù)據(jù)通信帶寬的需求，因?yàn)樗哂薪ㄔO(shè)周期短、投入小的特點(diǎn)，已被歐美一些電信運(yùn)營(yíng)商采用。圖6-17城域網(wǎng)的建設(shè)及擴(kuò)展

3.在“最后一公里”接入中的應(yīng)用

由于接入Internet的需求不斷增長(zhǎng)，越來(lái)越多的公司、團(tuán)體、個(gè)人要求加入Internet。但由于各種實(shí)際原因，例如公路開(kāi)挖、敏感地區(qū)對(duì)微波使用的限制，很多接入還沒(méi)有解決方案，而無(wú)線光通信的誕生為運(yùn)營(yíng)商搶占市場(chǎng)提供了一種可行的解決方案。圖6-18就是光纖到樓的圖示說(shuō)明。圖6-18光纖到樓

4.無(wú)線光通信在移動(dòng)通信中的應(yīng)用

圖6-19所示為一種采用無(wú)線光通信技術(shù)連接的移動(dòng)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。圖6-19無(wú)線光通信技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)中的應(yīng)用

主干網(wǎng)到距離最近的天線之間采用光纖連接，經(jīng)NE1接口轉(zhuǎn)換器后，由無(wú)線光通信設(shè)備再連接到其他天線，所以所有的天線可以共用一個(gè)基站，且具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)省卻基站到天線之間的鏈路敷設(shè)，縮短了施工時(shí)間和施工費(fèi)用；

(2)可以多個(gè)天線共用一個(gè)基站，減少了基站數(shù)目；

(3)大大減少了基站與中心節(jié)點(diǎn)之間的光纖敷設(shè)費(fèi)用；

(4)無(wú)線光通信技術(shù)采用紅外激光傳輸，相鄰設(shè)備之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。

6.5全光通信系統(tǒng)

6.5.1全光通信的概念全光通信技術(shù)是一種光纖通信技術(shù)，該技術(shù)是針對(duì)普通光纖系統(tǒng)中存在較多的電子轉(zhuǎn)換設(shè)備而進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)。該技術(shù)確保用戶(hù)與用戶(hù)之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換則采用全光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)。

全光通信網(wǎng)由全光內(nèi)部部分和通用網(wǎng)絡(luò)控制部分組成。內(nèi)部全光網(wǎng)是透明的，能容納多種業(yè)務(wù)格式，而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)選擇合適的波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行透明的發(fā)送或從別的節(jié)點(diǎn)處接收。通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)路由的光交叉設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)配置，透明光傳輸擴(kuò)展的距離更遠(yuǎn)。外部控制部分可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，這使得波長(zhǎng)和容量在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)動(dòng)態(tài)分配以滿足通信量、業(yè)務(wù)和性能需求的變化，并提供一個(gè)生存性好、容錯(cuò)能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。

6.5.2全光通信的關(guān)鍵器件和技術(shù)

1.全光通信的關(guān)鍵器件

全光通信的關(guān)鍵器件包括如下幾種：

(1)光分插復(fù)用器(OADM)。

(2)光交叉連接(OXC)設(shè)備。

(3)可變波長(zhǎng)激光器。

(4)全光再生器。

實(shí)現(xiàn)透明的、具有高生存性的全光通信網(wǎng)，是寬帶通信網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)，而要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，需要有先進(jìn)的技術(shù)來(lái)支撐。

(1)光層開(kāi)銷(xiāo)處理技術(shù)。

(2)光監(jiān)控技術(shù)。

(3)信息再生技術(shù)。

(4)動(dòng)態(tài)路由和波長(zhǎng)分配技術(shù)。

(5)光時(shí)分多址(OTDMA)技術(shù)。

(6)光突發(fā)數(shù)據(jù)交換技術(shù)。

(7)光波分多址(WDMA)技術(shù)。

(8)光轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。

(9)副載波多址(SCMA)技術(shù)。

(10)空分光交換技術(shù)。

(11)光放大技術(shù)。

(12)時(shí)分光交換技術(shù)。

(13)無(wú)源光網(wǎng)技術(shù)(PON)。

6.5.3全光通信網(wǎng)

1．全光通信網(wǎng)的組成

所謂全光通信網(wǎng)，就是網(wǎng)中所有單元以及到達(dá)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)通道仍然保持著光的形式，即端到端的完全的光路，中間沒(méi)有電轉(zhuǎn)換的介入。數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行，而它在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換則使用高可靠、大容量和高度靈活的光交叉連接(OXC)設(shè)備。在全光網(wǎng)絡(luò)中，由于沒(méi)有光/電轉(zhuǎn)換的障礙，所以允許存在各種不同的協(xié)議和編碼形式，信息傳輸具有透明性，且無(wú)須面對(duì)電子器件處理信息速率難以提高的困難。

OTN是一種以波分復(fù)用(WDM)與光信道技術(shù)為核心的新型通信網(wǎng)絡(luò)傳輸體系，它由光分插復(fù)用器(OADM)、光交叉連接(OXC)設(shè)備、光放大(OA)設(shè)備等網(wǎng)元設(shè)備組成，具有超大傳輸容量、對(duì)承載信號(hào)透明及在光層面上實(shí)現(xiàn)保護(hù)和路由選擇(波長(zhǎng)選路)的功能。因此，這種光傳送網(wǎng)又稱(chēng)為WDM全光通信網(wǎng)。在光網(wǎng)絡(luò)中，信息流的傳送處理過(guò)程主要在光域進(jìn)行，由波長(zhǎng)標(biāo)識(shí)的信道資源成為光層聯(lián)網(wǎng)的基本信息單元。

圖6-20是一個(gè)全光通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，該光網(wǎng)絡(luò)含有兩個(gè)光交叉連接器節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)光分插復(fù)用器(OADM)節(jié)點(diǎn)。建網(wǎng)的目的是演示光信號(hào)的透明傳輸并研究傳輸中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。圖中，第一個(gè)OXC節(jié)點(diǎn)交叉連接來(lái)自骨干網(wǎng)兩條WDM鏈路上的信號(hào)；第二個(gè)OXC節(jié)點(diǎn)交叉連接骨干網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的信號(hào)，局域網(wǎng)是一個(gè)含有OADM的WDM環(huán)狀網(wǎng)。圖6-20全光通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)

2．全光通信網(wǎng)的特點(diǎn)

全光通信網(wǎng)是通信網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)分兩個(gè)階段完成：

(1)全光傳送網(wǎng)。在點(diǎn)到點(diǎn)的光纖傳輸系統(tǒng)中，整條線路中間不需要進(jìn)行任何光/電和電/光的轉(zhuǎn)換，這種完全靠光波沿光纖傳播的長(zhǎng)距離傳輸，稱(chēng)為發(fā)端與收端間的點(diǎn)到點(diǎn)全光傳輸。那么整個(gè)光纖通信網(wǎng)的任意用戶(hù)地點(diǎn)應(yīng)該都可以設(shè)法與任意其他用戶(hù)地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全光傳輸，這樣就組成了全光傳送網(wǎng)，如圖6-21所示。圖6-21

(2)完整的全光傳送網(wǎng)。圖6-22所示為由骨干核心網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)組成完整的全圖6-22完整的全光傳送網(wǎng)

全光通信網(wǎng)絡(luò)是在WDM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它比傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)和電?+?光網(wǎng)絡(luò)具有更大的通信容量，并具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，端到端采用透明的光通道連接，沿途無(wú)光/電轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)中的許多光器件是無(wú)源的，便于維護(hù)，可靠性高、可維護(hù)性好。

(2)加入新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，不影響原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備，具有網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。

(3)采用波長(zhǎng)選擇路由，對(duì)傳輸碼速率、數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式均透明；可提供多種協(xié)議業(yè)務(wù)，不受限制地提供端到端的業(yè)務(wù)連接。

(4)可根據(jù)通信業(yè)務(wù)量的需要，動(dòng)態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，具有網(wǎng)絡(luò)的可重組性。

6.5.4光時(shí)分復(fù)用

提高碼速率和增大容量是光纖通信的目標(biāo)。電子器件的極限速率為40Gb/s左右，現(xiàn)在通過(guò)電時(shí)分復(fù)用(TDM)已經(jīng)接近了這個(gè)極限速率。若要繼續(xù)提高碼速率，就必須在光域中想辦法，一般有兩種途徑：波分復(fù)用(WDM)和光時(shí)分復(fù)用(OTDM)。

OTDM是在光域進(jìn)行時(shí)間分割復(fù)用的，一般有兩種復(fù)用方式：比特間插和信元間插。比特間插是目前廣泛使用的方式，信元間插也稱(chēng)為光分組復(fù)用。圖6-23所示為OTDM系統(tǒng)框圖。圖6-23OTDM系統(tǒng)框圖

6.6紫外光通信技術(shù)

6.6.1紫外光通信簡(jiǎn)介按照通信使用的電磁頻譜，目前的通信主要可分為無(wú)線電通信和光通信。無(wú)線電通信發(fā)展迅猛，是現(xiàn)在的主流通信方式，廣泛用于航天、軍事、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、民用等領(lǐng)域。其特點(diǎn)是通信建立速度快，較少受地理、天氣的影響；不足是較容易被捕獲、竊聽(tīng)、跟蹤，信息的相對(duì)保密性較差。

為了克服現(xiàn)有通信方式的缺點(diǎn)，以紫外光作為媒介的通信系統(tǒng)被提出，以其高保密度、高抗干擾能力及全天候的通信優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，成為新型的光通信方式，目前主要用于國(guó)防事業(yè)。

1.紫外光

紫外光波(UltraViolet，簡(jiǎn)稱(chēng)UV)是一種電磁波，它的波長(zhǎng)范圍為10～400nm。紫外段光譜按照不同的劃分方法可分成多個(gè)區(qū)域，如圖6-24所示。圖6-24紫外段光譜分布

2.紫外光通信的特點(diǎn)

(1)太陽(yáng)光的紫外輻射在通過(guò)地球大氣層時(shí)，會(huì)受到對(duì)流層上臭氧層的強(qiáng)吸收作用，使得這一波段的紫外輻射在海平面附近幾乎衰減為零，屬于日盲區(qū)。

(2)?UVC段光波在空氣中的衰減率不是很大。

(3)由于低空的分子密度高，UVC波段紫外光波具有強(qiáng)的瑞利散射效應(yīng)。直視紫外光通信是基于大氣散射，采用日盲區(qū)中紫外波段(200～280nm)光波進(jìn)行傳輸?shù)?，主要?yīng)用于短距離的、保密的通信，是常規(guī)通信的一種重要補(bǔ)充。

3.紫外光通信的優(yōu)點(diǎn)

紫外光通信具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄愿摺?/p>

(2)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。

(3)可用于非直視通信。

(4)無(wú)須ATP跟蹤。

6.6.2紫外光通信的基本原理

紫外光通信系統(tǒng)一般由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成，其中發(fā)射系統(tǒng)將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)；接收系統(tǒng)從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始信號(hào)。圖6-25所示為紫外光通信的基本結(jié)構(gòu)。圖6-25紫外光通信的基本結(jié)構(gòu)

發(fā)射系統(tǒng)由信源模塊、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路和紫外光源等組成，其工作過(guò)程如下：調(diào)制電路采用特定的調(diào)制方式將信源模塊產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制變換，再通過(guò)發(fā)端驅(qū)動(dòng)電路使紫外光源將調(diào)制信息隨紫外載波發(fā)送出去。

接收系統(tǒng)由紫外探測(cè)器、預(yù)處理電路、解調(diào)電路和信宿模塊組成，其工作過(guò)程和發(fā)射系統(tǒng)剛好相反，紫外探測(cè)器捕捉并收集紫外光信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，接收端預(yù)處理電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等，解調(diào)電路將原始信息恢復(fù)出來(lái)送至信宿模塊。

6.6.3紫外光通信鏈路模型

紫外光通信按照通信方式，可劃分為三種：可視距(LOS)通信、準(zhǔn)視距(QLOS)通信和非視距(NLOS)通信。大氣中存在大量的粒子，而紫外光波比較短，很容易被散射，因此在非視距范圍內(nèi)也可以進(jìn)行通信，這一點(diǎn)不同于紅外光通信，更加適合在較為復(fù)雜的地理環(huán)境中通信。

1.可視距(LOS)通信鏈路模型

所謂可視距通信，即在發(fā)送端和接收端之間沒(méi)有障礙物阻隔，可以構(gòu)成面對(duì)面的視場(chǎng)。紫外光在傳播中受到的衰減主要有兩方面，大氣吸收損耗和一部分散射能量丟失。在可視距通信中，大部分光子不經(jīng)過(guò)散射而直接從發(fā)射機(jī)進(jìn)入接收機(jī)。如圖6-26所示，T為發(fā)射端光源位置，R為接收端探測(cè)器位置。圖6-26可視距通信鏈路LOS模型示意圖

綜上所述，到達(dá)接收端的光功率為

由圖6-26可以得到

最后得到

相應(yīng)的路徑損耗為

2.非視距(NLOS)通信鏈路模型

非視距通信是指發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在障礙物，光信號(hào)路徑需要繞過(guò)障礙物實(shí)現(xiàn)通信。在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中，大多數(shù)情況是非視距通信。由于紫外光在傳播中受到的路徑損耗和發(fā)散角有關(guān)，因此對(duì)非距視通信的分析應(yīng)根據(jù)不同的發(fā)射和接收仰角進(jìn)行。非視距通信示意圖如圖6-27所示。圖6-27非視距通信示意圖

圖6-28所示為非視距通信鏈路模型圖6-28非視距通信鏈路模型

接收端探測(cè)到的光功率為

其中，[λ/(4πr2)]2為自由空間路徑損耗因子，為大氣衰減因子，4πAr/λ2為接收機(jī)探測(cè)器的增益。

由圖6-28的幾何關(guān)系可得

將以上公式代入Pr,NLOS的表達(dá)式，即可得到最終的結(jié)果：

上式中，r為發(fā)射端和接收機(jī)的直視距離；λ為紫外光波長(zhǎng)；ke為大氣信道衰減系數(shù)，ke?=?ka?+?ks，其中，ka為吸收系數(shù)，ks為散射系數(shù)；Ar為接收孔徑面積；Ω1為發(fā)射立體角；V為有效散射體體積；散射角θs的相函數(shù)為Ps。

3.影響紫外光通信系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

影響紫外光通信系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要包括發(fā)射接收器件的研究、信道模型的研究以及調(diào)制/解調(diào)、編碼/解碼、檢測(cè)等方法的研究。

在紫外光通信系統(tǒng)中，由于大氣中臭氧層的強(qiáng)烈吸收作用，所以需要具有性能好、功率高、調(diào)制性能好的發(fā)射光源。光學(xué)通信系統(tǒng)可采用的紫外光源一般可分為紫外線燈和紫外線激光器兩大類(lèi)。

紫外線燈常見(jiàn)的有高、低壓充氣汞燈，紫外線鹵化物燈等。此類(lèi)光源具有價(jià)格便宜、功率大(可以達(dá)到數(shù)十瓦和上萬(wàn)瓦)等特點(diǎn)。

紫外探測(cè)器是接收機(jī)最為重要的器件，其主要功能是完成紫外光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。對(duì)于非視距的紫外光通信，理想的探測(cè)器應(yīng)該有較大的探測(cè)面積、較高的增益和帶寬、高的透過(guò)率、極低的暗電流密度和“日盲”功能。

6.6.4紫外光通信在軍事方面的應(yīng)用

紫外光通信既可以補(bǔ)足傳統(tǒng)光通信不能進(jìn)行非視距通信，受氣候影響嚴(yán)重的缺陷，也可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)無(wú)線及有線通信需要部署線路和基站等靈活性差的不足，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ能娛峦ㄐ攀侄巍?/p>

紫外光通信系統(tǒng)可用于超低空飛行的直升機(jī)小隊(duì)進(jìn)行不間斷的內(nèi)部安全通信。使用紫外光通信系統(tǒng)的每架飛機(jī)都裝備有一套收/發(fā)系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)以水平方向輻射光信號(hào)，接收機(jī)則面朝天方向安裝，以收集散射在其視野區(qū)內(nèi)的紫外光信號(hào)，從而使全小隊(duì)的飛機(jī)都可收到相同的通信信號(hào)。

紫外光通信系統(tǒng)在地面上可采用車(chē)載式，在空中可采用機(jī)載式，在海上可采用艦載式，因此可實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)式通信，克服了傳統(tǒng)有線或無(wú)線通信需敷設(shè)電纜和基站的缺點(diǎn)，達(dá)到了跟隨部隊(duì)快速機(jī)動(dòng)、適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的目的。

1.海軍方面

美國(guó)、俄羅斯等海軍強(qiáng)國(guó)早已將紫外光通信應(yīng)用于艦艇通信，且技術(shù)成熟。美海軍已研制出應(yīng)用于艦艇和艦載直升機(jī)的紫外光通信系統(tǒng)，為艦船和直升機(jī)之間提供通信。此外，紫外光通信還應(yīng)用于航空母艦和艦載機(jī)之間的甲板通信，以及海軍艦隊(duì)秘密集結(jié)、隱蔽航渡、艦船進(jìn)港導(dǎo)引、在航母機(jī)群起降導(dǎo)引、對(duì)潛通信等。

其海軍應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)如下：

(1)代替旗語(yǔ)和燈語(yǔ)。

(2)紫外夜視系統(tǒng)。

(3)海軍艦艇編隊(duì)內(nèi)保密通信。當(dāng)艦隊(duì)必須保持無(wú)線電寂靜時(shí)，可用紫外光通信系統(tǒng)提供艦船之間的近距離通信，具體可應(yīng)用場(chǎng)合如下：①

艦艇編隊(duì)內(nèi)部艦—艦戰(zhàn)術(shù)協(xié)同通信、報(bào)文和語(yǔ)音業(yè)務(wù)；②

單艦或艦艇編隊(duì)通過(guò)沿海觀通站或雷達(dá)站，需要戰(zhàn)術(shù)情報(bào)或警報(bào)報(bào)知時(shí)的報(bào)