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无线光通信技术 ppt课件

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第9章 无线激光通信PPT课件

第9章 无线激光通信PPT课件

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14
第
9.1 概述
页
9.1.4 微波与无线激光通信的比较
5、大气传输特性的差别
地球大气气象条件对微波和激光的传输都有影响， 但对激光传输的影响要严重得多，对微波传输影响最 大的是雨、云、雾，而且频率越高影响越大。
激光和微波各有其优点，一般认为，激光通信在空间站之间 最为合适，在地球站之间或地球站与空间站之间，因为通信 线路穿过大气，采用微波更为合适。在某些特殊条件下，激 光通信可以作为无线电通信的补充。但随着大功率集成激光 器件的出现，激光在大气中的传输衰减问题必将为人们所克 服，激光通信将会成为人类今后的主要通信手段。
1
第9章 无线激光通信
第 页
无线激光通信是指利用激光束作为载波在空间(陆 地或外太空)直接进行语音、数据、图像信息双向传 送的一种技术，又称为“自由空间激光通信”（Free Space Optical Communication，FSO）、“无纤 激光通信”或“无线激光网络”(Wireless Optical Networks，WON)。
X
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第
9.1 概述
页
9.1.4 微波与无线激光通信的比较
1、可利用的频带宽度的差别
激光的频带宽度超过105GHz，大约是微波波段带 宽总和的1万多倍。
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第
9.1 概述
页
9.1.4 微波与无线激光通信的比较
2、相关器件、设备尺寸的差别
根据电磁理论中的波长同比定理，理论上讲，用 于电磁波发射、传输和接收的器件及设备尺寸与波长 成正比。这就使光通信设备的尺寸、重量大大减小。
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3
9.1 概述
第 页
9.1.2 激光
激光(laser)是指受激辐射产生的光放大，是一种高 质量的光源，它具有以下特性： 1、方向性好 2、单色性好 3、相干性极好 4、光脉冲宽度可以极窄

光通信技术简介-PPT课件

光通信技术简介-PPT课件

光谱特性
紫外 Invisible
可见
红外 wavelength
Invisible
850 nm
980 nm 1310 nm
1480 nm
1550 nm
1625 nm
光通信频带范围
光纤通信波长范围目前利用 850, 1310nm和1550nm三个窗口
光纤结构
coating n cladding n core cladding core n cladding n core
E/OConversion
Optical Transmission
O/E Conversion
Electrical transmission
electrical signal processing
Fiber as transmission medium
依据国际标准进行电子信号处理。 将信号转换为光波频带可以利用后来发展起来的光纤 传输的优势。
红外吸收在长波方向限制传输。OH吸收峰在 1400nm附近。 造成三个传输窗口：850, 1310nm和1550nm 。
弯曲下光纤损耗
attenuation coefficient / dB/km -->
3,0 宏弯光纤 2,0
微弯光纤 未弯曲光纤
1,0
0,0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 wavele网络示意（2）
干线网 层1
STM-4 STM-16 STM-1 Exchange
干线网 层2
Local Exchange
FlexMux
用户 接入
Mux 64/2M
复用技术
•目前PDH、SDH等技术均采用时分复用（TDM）技术。

光通信培训课件

光通信培训课件

偏振复用技术
偏振复用原理
利用光的偏振态不同，将多个独立信号在同一波长上进行复用，提高传输速率和 容量。
偏振复用技术分类
包括偏振复用直接调制和偏振复用外调制两种方式。
前向纠错技术
前向纠错原理
在发送端对数据进行一定的编码处理，在接收端对接收到的数据进行解码处理，从而纠正传输过程中可能出现的 错误。
前向纠错技术分类
案例四：智慧城市中的光传输技术应用
总结词
详细描述
智慧城市对于光传输技术的需求主要体现在 城市管理和公共服务方面。通过使用光纤和 无线相结合的方式，智慧城市可以实现更高 效、更智能和更便捷的数据传输。
在智慧城市中，光传输技术被广泛应用于城 市管理和公共服务领域。例如，通过使用光 纤传感器和高速光模块，智慧城市可以实现 实时监控和管理城市的交通、公共安全和环 境质量等方面的问题。同时，光纤的无线通 信网络也可以为市民提供高速、便捷的网络
将电信号转换为光信号，通过改变光源的 发光强度或相位来实现。
驱动电路
发送模块
为光源提供合适的偏置和调制电流，以控 制光信号的幅度和相位。
将电信号转换为光信号，并进行电光转换 、调制、发送等操作。
光接收机
01
光检测器
将接收到的光信号转换为电信号 。
限幅放大器
进一步放大电信号，并消除噪声 干扰。
03
02
案例三：电力通信网中的光传输技术应用
总结词
电力通信网对于光传输技术的需求主要体现在高可靠性和安全性方面。通过使用光纤和光器件，电力通信网可以 实现更稳定、更可靠和更安全的数据传输。
详细描述
在电力通信网中，光传输技术被广泛应用于电力线路和变电站之间的互联。通过使用光纤和光器件，电力通信网 可以实现高速、大容量的数据传输，满足电力通信网对于高可靠性和安全性的需求。另外，光纤的物理特性也使 得电力通信网在遭受自然灾害或其他干扰因素时能够保持相对稳定的数据传输服务。

光纤通信原理和技术PPT课件

光纤通信原理和技术PPT课件

波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。

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37
FSO的特点和优势 六
• 成本低
光纤网络的成本通常很高，铺设过程耗时， 而且投资不可撤回，而无线光通信技术可以在城 域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下 埋设光缆的五分之一。
38
接入方式各种性能
带
宽
保密性
传输距离
成
本
建设速度
市政许可
频率许可
便携性
维
护
光纤接入 Gbps以上 好 120公里以上 10-20万美元/ 公里 4-12月 有 无 困难 复杂
无线光通信技术
杨奋华
前言
• 无线光通信也称为自由空间光通信（Free Space Optics），简 称为FSO。 • FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以 激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不 需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二 极管为光源，因此又有“无线光纤”之称。
光接收机的灵敏度是研究接收机的主要问题。
14
FSO的关键技术
• 高功率激光光源技术 • 光收发天线和精密可靠的光束控制技术 • 大气信道的研究 • 高灵敏度的信号探测和处理技术 • 高精度的捕获、跟踪和瞄准( ATP) 技术
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高功率激光光源技术
在FSO 通信中,背景光的干扰很强,所以 在通信过程中需要大功率、低损耗光源,调制 速率又要尽可能高。同时,光源的调制需要采 用纠错技术,尽可能减少误码和突发误码。目 前, 主要采用800～860 nm波段和1 550 nm 波段的光源。800 nm 波段光源研究时间较 早,器件比较成熟，被广泛采用。
FSO的提出：“最后一公里”的新方案
随着通信网建设的发展，局域网以及千兆以太网开始 快速增长，将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营 商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。当前有很 多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等，但光 纤敷设时间长及高额投入限制了普及；微波技术日渐成熟 ，但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许证），对 业务提供商而言，这种接入方式不很经济；尽管铜缆是一 种易得的传输媒质，但XDSL带宽太低。

光通信原理PPT课件

光通信原理PPT课件
按制式分类：
•强度调制的直接检测（IM/DD）系统
•光外差系统。
其中（IM/DD）系统为非相干通信系统，光外差系统为 相干光通信系统。光外差系统是基带信号直接对光载波进 行ASK、FSK和PSK等调制。
IM/DD系统中有二进制系统和多进制系统。其中二进制 系统脉冲调制的最一般形式是开关键控(OOK)编码和曼彻斯 特编码。多进制系统最流行的光学组编码方式为脉冲位置 调制（Pulse Position Modulation ——PPM）。
上行链路 下行链路
MEO
1000
～
20000km
自由 空间
宽带数据传输： 数百M～ 10Gbps
LEO H<1000k m
指令传输： 几Mbps
10～15km
～5km
大气层顶 ～20km
地面站
地球
.
4
按空间信道分类
空-地无线激光通信系统 星间无线激光通信系统 地面无线激光通信系统
.
5
无线光通信系统分类
光学天线
光通信子系统 中继光学平台
ATP子系统
.
18
无线光通信系统组成
激光通信终端
APT子系统
通信子系统
光学天线
光源及调制与驱动模块
粗瞄模块
发射模块
精瞄模块

光束准直模块
超前瞄准模块
光电探测接收模块
信标光模块
信号处理模块
APT控制器
线路编/解码模块
.
19
实际应用
.
20
.
21
个人观点供参考，欢迎讨论！
无线激光通信系统
.
1
1 无线光通信系统分类与制式 2 无线光通信系统组成 3 无线光通信的应用实例

《激光原理》无线激光通信技术PPT

• 二(级1)发射天线的设计要求：
• 三级
发•射四天级线的作用是压缩光束发散角，对发射光束进行准直。一般来
• 五级
说，半导体激光光源输出的光束的发散角在几度到几十度以上，通过发
射天线准直后，光束发散角可变为0.25~3毫弧度，有效增加了光束在大
气中的传输距离。光束发散角的大小是通信距离与对准难度折中考虑的
• 五级
①大功率要求；
②激光光源波长必须在大气窗口内；
③伞较高调制频率的要求。
激光发射部分必须具有光功率大的特点。
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单2、击发此射处系统编的辑设母计：版标题样式
通常激光器多采用半导体激光器，其优点是调制简单，耦合方便，缺点是
•出单射击光此束处质量编不辑高母，版而文且本功率样过式大影响散热，利用光纤通信系统的成熟的
据此我们可以通过增大激光光束的腰光斑半径的方法来减小光束发散角，从 而使光束的光斑直径变小，增加无线激光通信的通信距离。
12022/23//21022/23
7
单1、击无此线处激光编通辑信母系统版原标理：题样式
• 单通击信此波处长编的辑选母取版：文本样式
• 二无级线激光通信最大的特点就是不需要铺设额外的通信线路，利用大气作
• 四级 • 五级
雪崩光电二极管
12022/23//21022/23
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单5、击无此线处激光编通辑信母中的版关标键技题术样：式
• 单击无此线处与编宽辑带母是版通信文的本两样个式最重要的发展方向，无线激光通信
相• 比二较级无线电通信以及光纤通信有着很多优势，如下图所示。
• 三级
• 四级 • 五级
三种通信方式的比较
ED•FA二技级术设计为发射部分，可以有以下优点：

《光通信OCDMA技术》课件

光通信OCDMA技术
目录
• OCDMA技术概述 • OCDMA技术原理 • OCDMA技术优势与挑战 • OCDMA技术应用案例 • 总结与展望
01 OCDMA技术概述
OCDMA技术的定义
• 定义：OCDMA（Optical Code Division Multiple Access）是一种光通信中的多址接入技术，通过给每一个 用户分配一个独特的地址码，实现多个用户在同一光频带 内共享信道资源，同时进行相互独立的通信。
成本较高
由于OCDMA技术涉及到的光子编码 和解码器件较为复杂，导致其成本相 对较高。
兼容性问题
目前OCDMA技术还未能与现有的光 通信系统完全兼容，需要进一步解决 兼容性问题。
传输距离受限
由于OCDMA技术的特性，其传输距 离受到一定限制，需要在中短距离内 使用才能发挥最佳效果。
OCDMA技术的发展趋势
网络等。1 02
编码方式
OCDMA技术采用扩频码对光信号进行编码，扩频码具有高度的互异性 ，使得不同用户的光信号在通信过程中能够相互混淆，实现多用户复用 。
编码过程
编码器将原始光信号与扩频码进行调制，生成具有特定扩频码的光信号 ，这些信号在光通信网络中传输。
应用拓展
未来，OCDMA技术有望在 5G/6G移动通信、物联网、云计 算等领域得到更广泛的应用，为 大数据、人工智能等新兴技术的 发展提供强大的信息传输支持。
研究方向
针对OCDMA技术的安全性、稳 定性和可扩展性等关键问题，未 来研究将更加注重算法优化、系 统仿真和实验验证等方面的工作 ，推动OCDMA技术的理论和应 用研究取得更大的突破。
3
传输特性
OCDMA信号在传输过程中具有良好的抗干扰性 能和低噪声放大特性，能够实现高速、大容量的 光通信传输。

光纤通信技术ppt课件

12
3．按光纤构成的原材料分类
（1）石英系光纤
石英系光纤主要是由高纯度的 SiO2 并掺有适当的
. 杂质制成，如用 GeO2 SiO2 和 P2O5.SiO2
作芯子，用 B2O3.SiO2作包层。目前这种光纤损耗最低、
强度和可靠性最高、应用最广泛。
（2）多组分玻璃光纤
例如用钠玻璃掺有适当杂质制成的光纤。这种光纤 的损耗较低，但可靠性不高。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 10一lm
105—107 GHz O．3～3×10-6 cm
波导毫米波无线电 光纤激光空间传播
30
光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，
它对于评价光纤质量和确定光纤通信系统的中继距离
有着决定性的作用。目前光纤在 1.55μm处的损耗可以 做到0.2dB／km左右，接近光纤损耗的理论极限值。
光通信
4
9.1.2 光纤通信系统基本结构与特点
光纤通信是以光波为载频、以光纤（光导 纤维）为传输媒质的通信方式。
光纤通信系统的基本组成如图9.2所示， 它包括了电收发端机、光收发端机、光纤光缆 线路、中继器等。
LD/LED
PIN/APD
图9.2 光纤通信系统组成
5
光纤通信系统由于采用了光纤传输信号 实现通信，因此，和其他通信系统相比，具 有一系列独特的优点： （1）频带宽，通信容量大 （2）传输损耗低，无中继距离长 （3）抗电磁干扰 （4）光纤通信串话小，保密性强，使用安全 （5）体积小，重量轻，便于敷设 （6）材料资源丰富

《光通信技术与网络》课件

特点
光通信技术具有高带宽、低损耗、抗 电磁干扰、传输距离远、保密性好等 优点，适用于各种通信需求，尤其适 用于宽带互联网、数据中心、云计算 等领域的信号传输。
光通信技术的应用场景
宽带互联网
数据中心
光通信技术是宽带互联网的基础设施，为 各类互联网应用提供高速、可靠的信息传 输服务。
数据中心内部和数据中心之间的连接大量 采用光通信技术，以满足云计算和大数据 处理对高速数据传输的需求。
VS
光接收机
将接收到的光信号转换为电信号，经过解 调和解码后恢复出原始的电信号。
光中继器与光放大器
光中继器
用于放大和处理传输中的光信号，补 偿光信号的衰减和失真，保证信号的 可靠传输。
光放大器
直接放大光信号，提高光信号的功率 ，扩展传输距离和覆盖范围。
光波分复用技术
• 光波分复用技术：利用不同波长的光信号在同一光纤中同 时传输，提高光纤的传输容量和利用率。
高速光传输系统的性能优化
链路优化
通过优化光放大器、色散补偿和光纤类型等参数，实现高速光信 号的长距离传输。
调制格式与编码方式优化
根据实际传输需求，选择合适的调制格式和编码方式，以提高频谱 效率和传输性能。
数字信号处理算法优化
采用先进的数字信号处理算法，如自适应均衡、信道估计与跟踪等 ，以减小噪声和误码率。
光通信技术在5G/6G网络中的应用前景
大容量、高速率传输
利用光通信技术实现5G/6G网络的大容量、高速率传输，满足不 断增长的数据传输需求。
低时延、高可靠性
通过光通信技术降低5G/6G网络的时延，提高网络的可靠性和稳定 性。
灵活组网和智能调度
利用光通信技术实现5G/6G网络的灵活组网和智能调度，提升网络 资源的利用率和网络性能。
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ppt课件
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光源
• 进行通信时，由于受到大气性能的影响，应考虑 激光的功率和传输频率等特性。目前主要是有半 导体激光器、固体激光器等。半导体激光器可以 工作在1.06um左右，这是大气低损耗窗口，可以 减小衰减。并且半导体激光器具有体积小、转换 效率高、低成本可直接调制等特点。实际的FSO 系统多采用半导体激光器为光源。
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ppt课件
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通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分 电力、电话
无线电、电视
微波
红外线 可见光
传
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
光纤
输
介
同轴电缆
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
驱动电路
• 半导体激光器（LD）是高速调制的理想光源。 但是，半导体激光器对温度的变化很敏感。因 此稳定的激光器的输出信号是必须考虑的问题。
• 控制电路的作用，就是消除温度变化和器件老 化的影响，输出稳定光信号。因此除了一些特 殊的发光器外，一般的半导体激光器发送机中 都含有自动温度控制（ATC）与自动功率控制 （APC）电路。
CCD （电荷耦合器件）能将光学信号
转化为数字信号，实现光电转换。CCD与
800nm、1550nm波长光源均兼容，CCD相
关参数如表所示。
ppt课件
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选取1550nm的光源
采用1 550 nm 的优点是光源调制速率
高,并且波长稳定。同时考虑到1500nm的光
波对于雾有更强的穿透能力，而且人眼更安
• 光收发天线的研究
• 高灵敏度的信号探测和处理技术
• 高精度的捕获、跟踪和瞄准( ATP) 技术
ppt课件
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高功率激光光源技术
在FSO 通信中,背景光的干扰很强,所以 在通信过程中需要大功率、低损耗光源,调制 速率又要尽可能高。同时,光源的调制需要采 用纠错技术,尽可能减少误码和突发误码。目 前, 主要采用800～860 nm波段和1 550 nm 波段的光源。800 nm 波段光源研究时间较 早,器件比较成熟，被广泛采用。
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FSO系统组成
• 无线光通信系统是以大气作为传输媒质来进行 光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存 在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，就 可以进行通信。
• 一个无线光通信系统包括三个基本部分：发射 机、信道和接收机
ppt课件
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FSO的物理模型
• FEC（Forward Error Correction ）-前向纠错
• 灵敏度----对数字接收机来说，灵敏度是指保证一 定的误码率条件下，光接收机所能接收的最小光 功率，一般用dBm作单位。
• 动态范围-----在满足一定误码率的指标下 • 因为接收到的光信号已经很微弱，因此如何提高
光接收机的灵敏度是研究接收机的主要问题。
ppt课件
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FSO的关键技术
• 高功率激光光源技术
全，所以1550nm波长的FSO系统具有更广
阔的使用前景。
ppt课件
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光收发天线和精密可靠的光束控制技术
光接收机
• 在无线光通信系统中，光接收机的任务是以最小 的附加噪声与失真，恢复出经信道传输后光载波 所携带的信息，因此光接收机的输出特性反映了 整个光通信系统的性能。
• 接收机由光检测器、滤波器及其他处理电路组成。
ppt课件
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光接收机性能
• 数字接收机的误码率（BER）----指的是数字信号 中码元在传输过程出现差错的概率。
而自由空间光通信FSO（Free Space Optics），作为 一种新兴的宽带无线接入方式浮出水面，是解决宽带网络 “最后一公里”的传输瓶颈的有效途径，FSO的出现引起 了业界广泛地关注。
ppt课件
4
什么是光通信？
光通信是一种以光波作为传输媒质的通信 方式。光波和无线电波同都属于电磁波，但 光波的频率比无线电波的频率高，波长比无 线电波的波长短（如图）。
ppt课件
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光发送机
• 光发送机的性能----输出光功率及稳定性。 • 发送机的输出光功率，实际上是发射端的端点测
得的光的功率，因此也称为出端光功率。工程上 光功率用相对值表示。
• 1mW光功率定义为0db。
• 发送机的输出功率大小直接影响系统的中继距离。 如何得到高功率的输出功率？
ppt课件
12
• APC（Automatic Power Control ）-自动功率控制
• ATC（Automatic Temperature Control ）-自动温度控制
• LD（Laser Diode ）-半导体激光器
• AGC（Automatic Gain Control ）ppt课-自件动增益控制
9
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自由空间pp波t课件长（m）
6
光通信的分类
光通信按传输介质不同可分为光纤通信和大气激 光通信。
• 光纤通信：是以光波作为信息载体，以光纤作 为传输介质的一种通信。光纤通信已成为广域 网、城域网的主要传输方式之一。
• 大气激光通信：是利用大气作为传输介质的激 光通信。
有线光通信：光纤通信 光通信
无线光通信：大气、海水、外层空间 7
FSO的提出：“最后一公里”的新方案
随着通信网建设的发展，局域网以及千兆以太网开始 快速增长，将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营 商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。当前有很 多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等，但光 纤敷设时间长及高额投入限制了普及；微波技术日渐成熟， 但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许证），对业 务提供商而言，这种接入方式不很经济；尽管铜缆是一种 易得的传输媒质，但XDSL带宽太低。
无线光通信技术
杨奋华
前言
• 无线光通信也称为自由空间光通信（Free Space Optics），简 称为FSO。 • FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以 激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不 需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二 极管为光源，因此又有“无线光纤”之称。