5G通信发展【推荐12篇】

上海瀚讯（300762）2019年度网上业绩说明会周二在全景网举办，公司董事长卜智勇介绍，公司坚定看好军用宽带移动通信行业未来长期发展，军改和机构调整落地后，我军各项装备的研制和列装工作正在有条不紊的推进中。

我军宽带移动通信系统的建设起步不久，将有一段很长的建设周期。公司经过多年的积累与努力，已成为军用无线宽带通信装备及系统解决方案的主要提供者。未来我们将继续坚持新一代宽带移动通信领域关键技术突破与相关装备备研制，聚焦国家4G/5G长期技术发展及军队信息化升级，成为国防宽带通信领域重要的产业力量。

操作方法

这届会议，5G网络无疑是关键词语。5G网络的速度很快，几乎是4G的十倍，下载一部电影原来需要十小时计算，而现在用秒为单位。给人们带来的便利也是无法预估的。

有了5G网络，我们可以更好地建设物联网，工厂智能化，数字化，家具智能化，无人汽车都成为可能。对通信底层人员，也是一大福音，到时候家家户户都想要安装5G网络，用人会达到高峰，而他们的工资也会相应提升。

对那些设计智能化设备的人员，也会在研发5G网络和制造相对应智能产品中得到不菲的酬金和胜利的喜悦。

对于售卖通信设备的通信服务人群，5G的到来也是一个好消息，人人都追求新潮，谁不想换一台支持5G的设备呢？

短距离无线通信技术的发展特征和应用

短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以称为短距离无线通信。

短距离无线通信技术的特征

低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势。

首先，低成本是短距离无线通信的客观要求，因为各种通信终端的产销量都很大，要提供终端间的直通能力，没有足够低的成本是很难推广的。

其次，低功耗是相对其它无线通信技术而言的一个特点，这与其通信距离短这个先天特点密切相关，由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，发射功率普遍都很低，通常在１毫瓦量级。

最后，对等通信是短距离无线通信的重要特征，有别于基于网络基础设施的无线通信技术。终端之间对等通信，无须网络设备进行中转，因此空中接口设计和高层协议都相对比较简单，无线资源的管理通常采用竞争的方式?如载波侦听 。

主流的短距离无线通信技术

目前几种主流的短距离无线通信技术包括：高速WPAN技术；UWB高速无线通信技术，包括MB-OFDM、DS-UWB；WirelessUSB技术，WirelessUSB是一个全新无线传输标准，可提供简单、可靠的低成本无线解决方案，帮助用户实现无线功能。此外，还有低速WPAN技术和IEEE802.15.4Zigbee，Zigbee是一种低速短距离无线通信技术。它的出发点是希望发展一种拓展性强、易建的低成本无线网络，强调低耗电、双向传输和感应功能等特色。ZigbeePHY和MAC层由IEEE802.15.4标准定义。IEEE802.15.4a是作为IEEE802.15.4的一个补充，其物理层的标准可能采用低速UWB技术。蓝牙底层PHY层和MAC层协议的标准版本为IEEE802.15.1，大多数标准的制订工作还是由蓝牙小组SIG负责。RFID是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合?电感或电磁耦合 传输特性实现对被识别物体的自动识别。RFID技术的发展得益于多项技术的综合发展，包括芯片技术、天线技术、无线技术、电磁传播技术、数据交换与编码技术等。一套典型的RFID系统由电子标签、读写器和信息处理系统组成。电子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能；信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。

短距离无线通信的应用发展情况

高速WPAN，目前主要应用于连接下一代便携式消费电器和通信设备。它支持各种高速率的多媒体应用、高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。

低速WPAN，主要用于家庭、工厂与仓库的自动化控制，安全监视、保健监视、环境监视，军事行动、消防队员操作指挥，货单自动更新、库存实时跟踪以及游戏和互动式玩具等方面的低速应用。

根据工作频率的不同，RFID系统大体分为中低频段和高频段两类，典型的工作频率为135kHz以下、13.56MHz、433MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz和5.8GHz等。不同频率RFID系统的工作距离不同，应用的领域也有差异。低频段的RFID技术主要应用于动物识别、工厂数据自动采集系统等领域；13.56MHz的RFID技术已相对成熟，并且大部分以IC卡的形式广泛应用于智能交通、门禁、防伪等多个领域，工作距离小于1m.较高频段的433MHzRFID技术则被美国国防部用于物流托盘追踪管理；而在RFID技术中，当前研究和推广的重点是高频段的860MHz～960MHz的远距离电子标签，有效工作距离达到3～6ｍ，适用于对物流、供应链的环节进行管理；2.45GHz和5.8GHzRFID技术以有源电子标签的形式应用在集装箱管理、公路收费等领域。

无线通信技术未来发展方向分析

摘 要 本文主要介绍了未来无线通信领域中几项最关键的技术革新。随着无线业务的扩展，对高数据速率通信的需求必将导致能提供高频谱效率的新的调制和编码技术。我们讨论了满足这一条件三种物理层技术：正交频分复用、超宽带传输、空-时调制/编码。另外由于室内接入正成为无线通信领域的前沿，本文对宽带局域网（WLAN）和即兴（Ad hoc）网的应用也进行了探讨。 关键词 空-时处理 多输入多输出 超宽带 正交频分复用 即兴网 一、概述 用户和路由设备可以在网络中随机移动的即兴（Ad hoc）网，已经成为了一个重要的研究领域，这种新兴的技术必将扩展便携式的接入，并且使突发情况下的通信成为可能。传统的无线网络中，网络接入点固定接入到宽带主干网上，而且对数据速率的要求越来越高，例如IEEE 802.11a/g要求54Mbps的数据速率。许多新技术应运而生，并将对无线通信领域产生重大影响。超宽带（UWB）技术采用极短的脉冲信号来传送信息，而脉冲所占用的带宽高达几GHz。与传统的无线通信系统将基带信号上变频为射频信号不同，UWB可以认为是基带传输，不过刚好是在射频频率上而已。它可以在室内提供高达100Mbps的数据速率，而功率谱密度却非常低。另一种高效的技术是正交频分复用（OFDM）。它提供了以往的调制方式所没有的多址接入和信号处理方式，使得无线网络可以在较窄的频带上获得较高的频谱效率。上个世纪90年代的研究表明，在发射端和接收端采用多天线可以获得很高的功率效率和频谱效率。进一步的研究表明，这一系统在独立的瑞利散射信道中获得的理论数据速率与天线数成正比，并且接近最大香农容量的90%。朗讯的V-BLAST实验室系统模型可以在平均信躁比24-34dB的室内环境中达到20-40bps/Hz的频谱效率，而收发端采用16个天线时可以在30dB的信躁比下获得60-70bps/Hz的频偏效率。 下面我们将详细的介绍以上这些技术以及它们在未来无线通信领域中的应用。 二、无线通信在室内接入中应用 传统意义上说，人们只有在相对静止的情况下才使用宽带资源，而这些活动往往发生在室内。而众所周知，无线通信技术的诞生最初是为了提供移动的语音业务，为旅途中的人们提供通信服务。 Internet的飞速发展得宜于Internet服务提供商（ISP）所提供的固定的室内连接，这些服务提供商往往与当地的有线运营商是同出一门。而与此形成鲜明对比的是，在无线通信领域，运营商为了购买带宽资源的使用权、建设户外的移动覆盖投入了大量资本。因此他们一直难以涉足于室内领域。而且，所有现行的第二代数字无线通信系统都主要着眼于提供以话音为主的业务。这就在过去的若干年中将室内的数据通信业务拱手让给了有线通信系统。 在未来十年，提供宽带数据业务的室内无线接入将成为无线通信领域最重要的议题。蜂窝和个人通信的发展要求第三代无线设备以能为室内用户提供类似于Internet的网络业务为核心。绝大多数运营商都没有现存的系统来提供这样的室内覆盖。这就为可以提供低成本的设备的基于无线局域网（WLAN）的新竞争者提供了一个切入点。 利用建筑物或校园内现有的有线以太网络结构，就可以快速并廉价的使用WLAN，并可以达到比昂贵的3G蜂窝设备更高的数据率。随着VoIP技术的发展，相信WLAN能进一步提供融合了电话和互联网接入的移动/便携无线业务，而不采用蜂窝结构。 现在有许多公司在努力将2.5G和3G的蜂窝技术于WLAN技术融合，生产出能完成各种室内链接和业务的手机等无线设备。 提到室内无线接入时，WLAN和现存并广泛采用的基于IP的有线网络结构将成为以无线电波为核心的蜂窝/个人移动通信系统的有力竞争者，而后者正试图将其势力范围从户外扩展到室内。与此同时WLAN也将涉足户外，如观光地和机场。 三、无线通信数据速率 接下来的十年中，高速无线数据业务将更为成熟。而使这成为现实的关键在于频带利用率的提高。在物理层，有三种技术将在这方面起到关键作用：正交频分复用（OFDM）、空-时结构、以及超宽带通信技术。 1. 正交频分复用（OFDM）和多载波通信 正交频分复用（OFDM）是多载波传输的特例，一个高速的数据流用多个低速的子载波进行传输。由于超大规模集成电路（VLSI）的进步，使得高速大规模的快速傅立叶变换（FFT）芯片成为可能，OFDM技术也成为了商用高速宽带无线通信技术的主要候选。另外，OFDM技术还拥有许多独特的性质使得它颇具吸引力：由于低速并行子载波上符号速率的增加，OFDM技术可以对抗多径衰落和码间干扰。（对于给定的延时扩展，OFDM接收机的复杂度大大小于单载波情况下使用均衡技术。）；OFDM技术通过运用自适应调制和子载波上的功率分配技术有效的利用了射频频带资源，而这些都可以用可编程数字信号处理器实现；由于窄带干扰只能作用于子载波的一小部分，OFDM技术因而具有了抗窄带干扰能力；与其他宽带接入技术不同，OFDM技术无需连续的带宽资源；OFDM是单频网络成为可能，而这非常适用于广播应用。 事实上，在过去的几年，OFDM技术已广泛用于宽带数据通信中，如高达1.6Mb/s的高比特率数字用户环路（HDSL）、高达6Mb/s的非对称数字用户环路（ADSL）、高达100Mb/s的超高数率数字用户环路（VDSL）、数字音频广播、数字视频广播。OFDM还被引入新的无线局域网标准，包括IEEE 802.11a和IEEE 802.11g，在5GHz范围提供高达54Mb/s的速率。在高性能局域网如HIPERLAN/2和ETSI-BRAN中也有采用。OFDM技术还被用于了IEEE 802.16的城域网标准和综合业务数字广播（ISDB-T）设备中。 当今的潮流表明，OFDM技术将成为第四代宽带多媒体无线通信系统的调制技术。然而在该技术得以广泛应用之前还有若干问题需要解决。与单载波调制相比，OFDM技术有以下缺点： OFDM固有的较高峰均功率比（PAPR），这会降低射频放大器的功率利用率。因为多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致，那么所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率。这就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求，否则会带来信号畸变，使信号频谱发生变化，从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏，产生干扰，使系统的性能恶化。 多载波系统对于频率偏移和相位噪声非常敏感。由于无线信道的时变性，在传输过程中出现无线信号的频率偏移或发射机与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，产生子载波间的干扰（ICI），这将大大降低系统性能，除非采用适当的补偿技术。 以上的问题影响了OFDM技术的广泛应用。如ETSI的HIPERLAN/1标准在1996年曾考虑了OFDM技术，却最终放弃。从那以后，许多研究多载波通信的大学和实验室开始考虑如何解决以上两个问题。由于其固有的采用自适应调制和子载波间的功率分配的方便性，OFDM技术仍是未来宽带无线领域的一种优秀的调制技术。将软件无线电技术和智能天线技术与之结合，OFDM技术将获得更大的性能提高。越来越多的新的多载波通信思想结合了OFDM技术和单载波系统如扩频技术的优点。 2. 超宽带（UWB）技术 超宽带（UWB）调制技术采用上升和下降时间都非常快的基带脉冲成形，这样脉冲占用的带宽高达几GHz，因此最大数据传输速率可达几百Mbps。这样避免了传统的窄带调制技术所需的上变频过程。另外由于发射机的脉冲成形不经过上变频直接用于天线，UWB技术可以利用低成本的宽带发射设备。 UWB技术除了带宽大，通信速率高之外，还有许多其他有点。首先，UWB通信的保密性好，其系统发射功率谱密度非常低，有用信息完全淹没在噪声中，被检测到的概率很低。其次，UWB能抗多径衰落，因为UWB系统每次的脉冲发射时间很短，在反射波到达之前，直射波的发射和接收已经完成，所以UWB系统适合在高速移动环境下使用。而且，UWB通信被称为无载波的基带通信，它几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此减小了系统复杂性。可以说，UWB通信是一种低成本、低功耗、高速率、简单有效的优秀无线通信方式。 2002年2月14日美国通信协会（FCC）批准了UWB用于短距离无线通信的申请。UWB的带宽被限制在3.1-10.6GHz范围内，该频带上的发射功率要求低于41dBm，这是为了保护GPS应用、以及航空和军事应用。 超短脉冲使应用UWB的雷达具有高的分辨率，而宽带宽使其拥有高的信号速率适用于下一代无线局域网。 3. 空-时处理 随着业务的扩展，由于频谱资源受限，无线业务提供商必须改进技术来扩大蜂窝系统的容量。通过小区分裂的办法可以增加容量，但是却以增加基站为代价。然而空-时技术和多输入多输出（MIMO）天线结构运用天线和差错控制编码充分利用了小尺度时间和空间分集，大大增加了频谱效率，用比小区分裂更低的成本增强了覆盖。而且空-时技术既可以应用于蜂窝系统又可以用于即兴（Ad hoc）网络结构。 多径是影响无线链路可靠性的主要因素。分集技术是减小深衰落影响的有效技术。过去绝大多数的分集都是基于接收端的，主要是从移动台到基站的上行链路。最近，更多的研究着眼于基站和移动台双方的空间分集。原因之一是工作在更高频率的新系统的发展。例如，载波频率高达2.4GHz或5GHz的无线设备需要的天线阵列的间隔并没有大大增加移动终端的体积。双发射分集已经被3GPP和3GPP2用来改善下行信道的数据速率，因为未来的无线多媒体业务对下行速率的要求大大高于上行速率。 通过合理的选择编码，可以实现时域上的分集；而发射端和接收端采用多天线，则提供了空间分集。这大大增加了频谱效率，并且用较低的复杂性（所有发射端的编码和接收端的处理都可以用线性处理实现）获得了分集增益和编码增益。研究结果表明多发射多接受天线结构采用最大可能检测器的信号与单发射双接收结构采用最大比合并结构获得的结果相同。这样分集的负担就在不影响性能的情况下转移到了发射端。 在闭环发射分集技术中，接收机会通过反馈消息将当前信号的特性提供给发射机，这样就能通过信号选择或预失真来补偿当前信道特性所带来的影响。显然闭环发射分集技术优于简单的“盲发射”STBC。除了STBC，“盲发射”分集也可以通过延迟分集结构实现，即不同的发射天线上的信号具有不同的延迟，因此避免了频率选择性信道。接收端的均衡器用训练序列来补偿信道失真，将具有不同延迟的各路信号进行合并就可以获得分集增益。这一方法的缺点是信道间的差异不是符号周期的整数倍，就会收到码间干扰的影响。在这种情况下，需要用接收端的反馈来调整延迟。 MIMO技术同时在发射和接收端应用多个天线来满足高速无线数据业务的需求。Bell实验室的分层空-时（BLAST）方案是MIMO系统的应用之一。该系统可以将无线系统的容量扩大m倍，其中m是发射天线数和接收天线数的较小值。与延迟分集结构类似，BLAST也没有采用信道编码，它通过多发射天线利用了多径，然后在接收端用先进的算法将信号进行合成。有关BLAST的研究主要集中在优化训练序列、检测算发，以及将BLAST技术与编码相结合。其中较成功的研究成果是垂直BLAST（V-BLAST），它的处理更为简化，使其成为了下一代室内和移动无线应用的有力竞争技术。 许多无线通信系统已经计划采用空-时码。例如宽带固定无线接入标准IEEE 802.16.3考虑将空-时码作为内码，里德-所罗门码作为外码。欧洲的WIND-FLEX项目在为室内应用的64到100Mbps的自适应调制解调器选择最优的发射和接收天线数量。第四代蜂窝移动通信标准计划在每个蜂窝内达到20的频谱效率，提供高达20Mbps的数据速率。空-时编码是可以达到这一要求的技术之一。 四、即兴（Ad hoc）网 以较低的成本获得高的数据速率是无线通信领域的关键。前面的介绍表明有许多物理层的技术可以实现这一目标。然而，未来无线通信网络的另一要素是在没有固有的网络结构的情况下存在的能力。因此，即兴（Ad hoc）网就成为了未来系统的关键技术。Ad hoc网络是在没有任何现存网络基础设施或集中管理的情况下通过一组移动节点的合作动态形成的临时网络结构。网络内部的链接是动态的，常常会因为节点的移动而断开。Ad hoc网络的历史可以追溯到1968年，当时刚刚兴起对ALOHA网络的研究。ALOHA的协议支持单跳网络（网络中的每一个节点都可以到达所以其他的节点）的分布式信道接入，但这最初用于固定网络节点。1973年，DARPA开始研究多跳的分组无线网络协议。多跳技术通过空间域的复用增大了网络的容量，不过这需要更为复杂的路由协议来支持。过去Ad hoc网络主要用于战场和灾区这些无法或不便预先敷设网络设施的场合。现在，随着新兴的无线技术如蓝牙技术的成熟，Ad hoc网络的商用前景也越来越被看好，各种便携设备如笔记本、移动电话、PDA、MP3播放器的互联成为可能。 现行的蜂窝系统要依靠集中控制和管理，而下一代移动无线系统的标准将努力朝Ad hoc的方向发展。例如HIPERLAN/2的直接模式，相邻的终端之间直接通信。蓝牙技术、IEEE 802.11的Ad hoc模式、IEEE 802.16的Ad hoc网络（MANET）、IEEE 802.15的个人领域网络（PAN）提供了分散的无线、接入和路由技术。因此Ad hoc无线网络具有广阔的发展前景。 由于Ad hoc网络没有预先确定的结构，加之网络链接的多变性，在设计和实施过程中存在一些关键性的技术挑战，包括：需要综合考虑安全性和路由问题，保证网络在分布式环境下有效运行；附加开销要在确保动态网络拓扑的条件下最小化（尽量降低路由表的更新频率）；通过合理的路由协议设计，多跳网络中链路容量的不稳定性要保证最小；网络链接（覆盖）、延时需求、网络容量和功率预算之间要合理折中；通过合理的应用功率控制机制和最优的媒质接入控制（MAC）设计，降低与其他技术之间的干扰。 五、结论 本文介绍了无线通信领域在未来的十几年内有可能蓬勃发展的若干新技术。相信Internet和无线通信将很快的融合起来。我们注意到无线通信领域的许多前沿技术都是室内的，现有的蜂窝/个人通信牌照的持有者和采用WLAN技术的Ad hoc网络的建立者之间将会有一场争夺接入的大战。 而对高数据速率的需求必将导致能提供高频谱效率的新的调制和编码技术。我们讨论了满足这一条件三种物理层技术：正交频分复用、超宽带传输、空-时调制/编码。我们相信无线技术将为未来的通信事业作出更杰出的贡献。

国内首次太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验的完成，标志着我国高速通信技术的快速发展，对于6G技术的发展提供了重要的支持和保障。6G技术是业界的一个热门话题。与5G相比，6G技术将能够实现更高的频率、更大的带宽和更快的数据传输速度。这意味着未来的6G技术将会为我们的生活带来更多的可能性和更快的连接速度。我国高速通信技术将成为6G技术的重要发展支柱，我国在高速通信领域拥有很强的实力。

此次实验利用高精度螺旋相位板天线实现了4种不同波束模态，通过4模态合成，最大限度提升了带宽利用率。这是非常具有里程碑意义的成果，不仅证明了我国高速通信技术在该领域的实力，随着5G通信技术的商用化，6G的发展也已经开始引起人们广泛关注。毫无疑问，6G将成为未来高速通信的重要发展方向，它将不仅仅是一个新的技术标准，更像是一种新的数字世界的呈现。

高精度螺旋相位板天线技术可以实现电波的控制，把电波从天向地引导，大大提升通信系统的传输速率和质量。该技术的应用将结合我国强大的卫星应用技术，开发出一批以天基通信为核心的新一代通信系统，这将有助于6G技术的发展。大规模天线阵列技术是近年来逐渐崭露头角的一种技术，它指的是将多个天线组成一个大面积的天线阵列。该技术可以大幅提升通信系统的带宽和传输速率，并且能够降低通信时延，减少数据传输的错误率等优点。在6G技术的研究中，大规模天线阵列技术将是重要的研究方向之一。

多输入多输出技术（MIMO）是一种利用多个天线进行发射和接收的技术，通过复用不同的信道来提高通信信号的可靠性和传播效率，提高通信速度。在5G通信技术中，MIMO已成为主流技术，未来在6G通信技术中也将继续得到广泛应用。自组网技术是指在没有先验网络基础设施的情况下，由终端节点通过无线方式自行组成网络，实现信息交换和资源共享。这种技术将成为未来6G通信技术中的一个重要发展方向，它可以解决网络覆盖范围受限、网络拓扑结构不稳定、移动性差等问题。我国高速通信技术在各个方面都有着优势，已经完成了国内首次太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验。这将会为我国6G通信技术的发展提供重要保障和支撑，也将推动我国通信产业的快速发展。

什么是激光通信

激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。激光是一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征。按传输媒质的不同，可分为大气激光通信和光纤通信。大气激光通信是利用大气作为传输媒质的激光通信。光纤通信是利用光纤传输光信号的通信方式。

激光通信系统组成设备包括发送和接收两个部分。发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线。接收部分主要包括光学接收天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。

在接收端，光学接收天线将激光信号接收下来，送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。

激光通信的原理

激光通信的原理与普通的无线电通信相类似。所不同的是，无线电通信是把声音、图像或其他信号调制到无线电载波上发送出去，而激光通信则是把声音、图像或其他信息调制到激光载波上发送出去。激光通信可分为地面大气通信、宇宙空间通信和光学纤维通信。

在较好的地面气候条件下，可以实现几十公里至上百公里间的定点激光通信。但是激光束一旦受到大气中云、雾、烟尘等因素的影响就会受到衰减和起伏扰动，使通信距离和通信质量都受到很大影响。为了克服激光地面大气通信的上述缺点，很多国家作了很大努力，并取得了可喜的成果。在这种通信系统中，载有通信信息的激光束沿着直径小于0.1毫米的优质光学纤维波导传输，从根本上排除了大气中各种衰减和干扰因素的影响。

在地球大气层外的宇宙空间，激光束基本上不受任何衰减和干扰影响，因此可实现极远距离间的定向通信联系。人造卫星和宇宙飞船之间的激光通信系统正在研究过程中。

利用激光的高定向、高亮度以及可沿空间不同方向和不同位置进行精细扫描的特性，人们可实现激光传真通信，即把图片、文件、样本、字迹等信息，通过激光束的扫描作用而转变为被调制了的电信息发送出去，在接收端通过解调制作用和显示设备，再把所传递的图像信号复现出来。

基于定向激光束扫描记录和扫描检测的原理，人们还制成了商品化的视频录像盘，利用一张普通唱片大小但却是特制的塑料膜盘，可记录约1小时左右的电视节目或录像节目，然后借助激光检测设备，把塑料膜盘录下的节目随时在电视机上复映出来。

激光通信技术的现状与发展

目前激光通信技术从诞生以来，已经经过30多年的发展历史，在激光通信技术发明之初，由于配套技术跟不上，导致了激光通信技术的发展受到了制约。激光通信技术的配套技术主要包括元器件制造技术、系统构建技术以及大气信道传输技术。另外，由于有线传输技术——光线技术的大力发展，激光通信技术在一段时间内并未得到重视和大规模的应用。但是随着通信领域新技术的快速发展以及元器件制造技术、系统构建技术和大气信道传输技术的逐渐成熟，激光通信技术的发展具备客观的条件和有力的支撑。并且由于光纤通信技术受到了传输范围和地域限制，为了实现全方位的通信，激光通信技术的优点逐渐受到了人们的重视，对激光通信技术的研究重新纳入到了科研机构的议事日程。目前来看，激光通信技术的发展主要建立了两个方面的系统：

1、利用光电探测器构建的直接耦合FSO系统

目前光电探测器构建的直接耦合FSO系统属于激光通信技术中的主流技术，在欧美国家得到了广泛的应用。其中最成功的案例是在悉尼奥运会上，利用光电探测器构建的直接耦合FSO系统实现了激光无线数据连接，保证即时的数据通信。考虑到光电探测器构建的直接耦合FSO系统的优点，目前激光通信网络已经得到了大规模的建设。与此同时，光电探测器构建的直接耦合FSO系统在运行的过程中存在一些缺点，我们必须及时解决。主要缺点包括：

（1）激光发射器发射的光束由于散射角不同，造成了光斑粗糙，因此我们需要对现有的激光发射器进行优化，使其达到发生圆高斯光束的目的。

（2）接收端的OE转换单元的数量随着带宽的增大而增加，无形当中增加信号接收转换的成本，因此我们必须提升OE转换单元的功能，减少其使用数量。

（3）由于激光通信设备的发射和接收装置均放置在建筑物顶部，安装和维护存在一定困难，因此我们要制定相应的安装和维护技术措施，降低安装和维护难度。

2、利用光纤传输技术构建的光纤耦合FSO系统

在光纤耦合的FSO系统内，实现了激光通信技术与光纤技术的融合，有效利用了光纤通信技术的优点。其应用过程主要是通过激光发生器发射高斯光束，经过耦合后沿着光纤进行传播，在发射端和接收端都采用光纤进行传输的方式，这样以来，可以减少建筑物顶端的激光通信设备数量，便于系统安装和维护。除此之外，利用光纤传输技术构建的光纤耦合FSO系统还具有以下优点：

（1）减少了转换过程，降低了数据转换带来的额外成本。使每一个链路内的接口减少为2个，提高了链路传输效率。

（2）简化了升级和维护的过程，如需增加传输带宽，仅仅需要调整室内系统即可，省去了重新在硬件设备上对准调试的过程。

（3）实现了激光通信技术与光纤技术的融合，减少了激光通信技术中繁琐的设备设置和调试，对光纤通信的发射和接收装置进行了有效利用。

激光通信技术的未来发展趋势

随着我国对激光通信技术研发力度的加强，我国的激光通信技术迎来了快速的发展，无论是研究领域还是应用领域，激光通信技术都取得了长足的发展，经过对目前的激光通信技术深入的了解之后，我们认为未来激光通信技术主要将会朝着以下方向发展：

1、激光通信技术将会迎来更广阔的应用空间

激光通信技术从发明到目前的应用，经历了三十多年的

历程，激光通信技术之所以能够取得较大的发展，主要是其自身优点所决定的，主要包括：首先解决了远距离无线传输问题，其次节省了通信总成本，减少了光纤设备的支出，再次，激光通信技术实现了与卫星技术的共同发展，为通信技术的发展奠定了坚实的基础。基于激光通信技术的这些优点，激光通信技术在未来的发展中，将会得到更加广泛的应用，应用领域会从通信领域拓展到卫星传输领域等其他领域。

2、激光通信技术将会有效解决发展中遇到的瓶颈问题

在目前激光通信技术的发展中，存在一些制约其发展的问题，有些问题已经严重制约和影响激光通信技术的继续发展，对于这些瓶颈问题，在未来的发展中都将得到有效的解决。目前遇到的最突出的瓶颈问题是激光通信技术的发射和接收设备复杂，需要独立的场所放置，并且安装维护难度大。对于这种问题，目前的解决方法是通过与光纤网络的有效融合，来弥补激光通信设备安装维护的不足。在未来的发展中，相信络优化人员可以依此有针对性地进行网络优化工作，有利于运行网络经常性地保持最佳运行状态。

（2）DT测试。DT测试是进行网络性能评估、网络故障定位和网络优化时必不可少的测试手段。DT测试的目的是通过实地驱车测试的方法获取网络实际的无线情况。另外，借助路测后台分析软件对路测数据进行分析处理，还可以得出一些统计结果，例如接入失败率、掉话率、软切换比例和覆盖质量统计等。同时，在路测过程中还会采集到大量的GPS位置和时间光纤网络会与激光通信技术实现更加深入的融合，二者将朝着共同促进的关系发展。

3、激光通信技术将成为城市网络通信的重要手段之一

在相当长的一段时间内，光纤网络技术是城市网络通信的

主要手段，随着激光通信技术研发力度的加大以及激光通信技术的突出优点，激光通信技术成为了城市网络通信的又一有效手段。同时，未来的通信技术将会越来越多的用到卫星技术，仅仅依靠光纤网络技术难以实现通信技术的发展目标。因此，激光通信技术成为了通信领域发展的必要技术之一，在未来的发展中，将为城市网络通信提供重要的技术支撑，保证城市网络通信的传输速率和传输带宽都得到较明显的增长。

4、激光通信技术将会为通信领域带来又一轮技术革新

在通信领域的发展中，伴随着新技术的产生，激光通信技术就是其中比较突出的技术之一。激光通信技术的出现与发展，带动了通信领域新技术的发展，使技术革新成为通信领域发展的主流。因此，激光通信技术在未来的发展中，将会越来越多的影响通信领域的发展，使通信领域诞生出越来越多的新技术，提升通信领域发展实力的同时，保证通信领域的发展拥有技术保障。所以，考虑到激光通信技术的特点和重要影响，激光通信技术将会带动通信领域新一轮的技术革新。

1、太赫兹通信技术介绍

太赫兹（Terahertz，1THz＝1012Hz）泛指频率在0.1～10THz波段（对应波长为30～3000μm）范围内的电磁波，介于红外和微波之间。太赫兹波的位置处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。以往由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测的方法，因此对太赫兹波的研究较为有限，使其成为电磁波谱研究上的“太赫兹空隙”（TerahertzGap）。太赫兹波在电磁波频谱中所处的位置如图1所示。

图1太赫兹波在电磁波频谱中的位置图

太赫兹通信技术的快速发展使得太赫兹通信越来越受到国际各国的关注和重视。

我国在太赫兹通信技术研究方面主要研究机构的相关研究成果见表1。

表1国内太赫兹通信技术相关研究成果

2、太赫兹通信的技术特点

由于太赫兹波处在电磁波谱的特殊位置，使其具有很多独特的技术特点和性质。从频谱上看，太赫兹波在整个电磁波谱中处在微波与红外波之间；从光学领域看，太赫兹波被称为远红外射线；从能量上看，太赫兹波段的能量介于电子和光子之间。太赫兹光波不仅拥有与光相同的直进性，还具有与电波相似的穿透性和吸收性。太赫兹波的主要技术特点如下：

（1）太赫兹波的穿透性强

由于太赫兹波自身包含丰富的光谱信息，且具有很好的光谱分辨特性，对很多介电材料与非极性液体具有良好的穿透性。因此，太赫兹波不仅可以作为探测材料性质的检测工具，还可以作为通信工具在烟雾、沙尘等恶劣环境下进行通信工作。

（2）太赫兹波的光子能量较低

根据测量结果，频率为1THz的太赫兹波仅具有4.1meV的光子能量，约为X射线光子能量的百分之一量级，因此太赫兹波不易对生物组织产生伤害。相比于传统使用DWDM等技术进行有线光通信而言，太赫兹通信的能量效率更高。

（3）太赫兹通信传输的容量大

相对于微波通信而言，由于太赫兹波的频段在108～1013Hz之间，比微波通信高出l～4个数量级，使得太赫兹波的传输信息量更大。同时，太赫兹通信与高阶的编码调制技术相结合，可进一步提升无线通信的传输容量，满足大容量传输场景的通信要求。

（4）太赫兹波方向性好，保密程度高

由于太赫兹波束比微波更窄，且能够有效地抑制背景辐射噪声的影响，因此可以保证信息传送精度的同时，使太赫兹通信满足具有更好的保密性能。

（5）太赫兹通信更适合于短距离通信场景

由于强极性液体对太赫兹波有较强的吸收作用，因此太赫兹波在空气中传播时，水分子将对其造成传送损耗，因此太赫兹通信更适合于短距离的通信。

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第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上copy世纪80年代。其容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。

第二代手机通信技术以数字语音传输技术为核心。一般无法直接传送如电子邮件、软件百等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。

第三度代移动通信技术是在第二代移动通信技术基础上发展以宽带CDMA技术为主，并能同时提供话音和数据业务的移动知通信系统，是一代有能力彻底解决第一二代移动通信系统主要弊端的先进的移动通信系统。其目标是提供包括语音、数据、视频等丰富内容的移动多媒体业务。

第四代（4G）移动通信技术是道集3G与WLAN于一体4G网络技术，能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像，包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式的移动通信技术。

当前移动通信正处于第四代（4G）移动通信技术发展阶段。

VSAT卫星通信网由小型地球站组成，地球站和用户设备都设置在同一建筑物上。VSAT卫星通信网具有广泛的适应性和很大的灵活性，它可以提供单独的话音、数据、图像通信业务，也可以提供话音与非话音的综合通信业务。合理设计的VSAT卫星通信网可以为广播、电信、计算机互联网接入等提供有效的通信手段，并将发展成为宽带化智能化综合业务的卫星通信网。

宽带化推动新业务的发展

VSAT卫星通信系统正从单一窄带业务的卫星通信网，向一个融合电信、广播、计算机的宽带卫星网络发展，将成为未来电信系统的重要组成部分。依赖地面超大容量光纤网以及空间宽带卫星网，用户设备可以方便地直接接入全国或全球宽带网络。

VSAT用户利用架设在办公室或住宅的VSAT设备，可方便地接入卫星通信网。用户还可按照业务的需要来自适应地使用卫星网络的资源，并构造它与卫星网络的拓扑结构（一跳或两跳）。用户设备是一个小口径的天线（0.6米以下），一个附在天线上的笔记本式室外单元和一个笔记本式的室内单元。用户的办公和生产设施可以像接在地面设备一样地接在VSAT设备上。

VSAT卫星通信系统提供的业务包括电信业务、计算机互联业务，以及数据、音频、视频等广播业务。随着网络的宽带化，VSAT卫星通信在提供传统的话音、数据等交互业务的同时，发展了远程教育、远程医疗、电视会议等。随着广播业务的发展，利用卫星通信的广域覆盖特性和宽带卫星广播技术，还可实现新闻和数据分发、广播、数据音频视频广播到户、卫星寻呼、Web广播、视频点播、IP数据音频和视频广播等。宽带卫星数据传输和为计算机互连网的一部分，提供了方便的文件软件下载和Internet接入、企业的Internet互连、ISP骨干业务、电子邮件、电子商务和金融证券等。

宽带化VSAT通信系统

卫星网络的宽带化趋势体现在超大容量的卫星和星卒系统的发展上。超大容量的卫星和星座系统不断扩展新的宽带工作频段，在使用传统卫星通信L、C和Ku波段的基础上，大大推动了更宽带宽的Ka波段的采用。大容量卫星和星座系统还促进了一系列新技术的发展：轨道调整的发动机技术、高效太阳能电池和蓄电池技术、星上转发器数量的增加、超大口径的卫星天线和多波束天线、大发射功率的卫星转发器、卫星转发器频带资源的按需带宽分配、星上再生和交换处理及卫星之间的通信链路，适应了卫星宽带业务发展的需要。超大容量卫星支持多种宽带卫星直播业务和便携式手持式卫星终端的使用。大容量卫星和星座系统带可进一步支持宽带互连网和移动卫星通信，如Teledesic：使用288颗低轨卫星，2Mbit/s上行链路和64Mbit/s下载链路（美国微软）；Spaceway：使用9颗高轨卫星和63颗低轨卫星（Motorola公司）；Skybridge：使用80颗低轨卫星（劳拉公司）。

目前，VSAT地球站是经过一个主站接入宽带网络，实现相应的通信、广播、计算机互联网业务的。卫星地球主站通过卫星网关、编码器、条件接收发送设备、DVB/IP复接器、调制器、变频器发送设备、接收设备、变频器、变频器、解调器等与卫星链路相接。卫星地球主站通过地面网关与地面宽带网络相连。卫星地球主站的网络管理、业务服务器等设备连成一个局域网。随着大容量卫星和卫星星座系统的发展，VSAT卫星通信网主站的功能将由大容量卫星或星座系统的星上系统的处理功能来实现。

VSAT设备实现了智能化，而且简单可靠。它成本低，地面接口灵活，有GPS全球定位功能，可变数据速率和传输带宽，可以不同的拓扑方式和多址方式接入卫星通信网。所以，它可以呈星状网结构进行数据音频视频广播接收、文件软件下载、互联网浏览、远程登录和文件传输以及网络管理等业务，也可以呈网状网进行话音数据传输，举行各种会议。VSAT技术的进步表现在：新工作频段的采用、集成电路技术的进展、通信规程的标准化和全球化、设备互操作性的改善等。

VSAT通信的宽带广播和宽带多址接入

VSAT站的卫星链路有主站到VSAT站的出主站链路，有VSAT站到主站的入主站链路。随着业务从窄带向宽带发展，出主站链路数据速率不断提高，从几Mbit/s到几十Mbit/s；入主站链路的数据速率也不断提高，从几Kbit/s发展到几百Kbit/s，甚至几Mbit/s。

出主站链路多采用单载波TDM方式，有基于广播信号的DVB数据格式，有基于互连网的IP数据格式。VSAT卫星通信的宽带广播，可以广播数据音频视频、也可以实现文件数据的下载。

入主站链路有多种卫星多址接入方式：FDMA、CDMA、TDMA、MF/CDMA。也有利用地面Internet链路代替入主站链路的，称为外交互方式，而把采用入主站链路称为内交互方式。传统的卫星通信多址接入方式是时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、码分多址（CDMA）。它们是把卫星转发器的资源，按时间分成时隙、按频率分成频道、或者按正交的编码波形分成码道，由各个地球站按照固定分配方式、随机竞争方式、或者动态分配的方式来使用。所谓动态竞争方式，转发器资源由主站来管理，用户站接入时，先使用固定分配方式或随机竞争方式来申请，主站分配给用户地球站使用，使用完了归还给主站。

随着大容量VSAT卫星通信网络以及宽带接入业务的发展，主站接入设备的容量日益增大，用户地球六也需要使用高速的宽带接入，需要主站接入信道的可变速率范围扩大。时分多址方式要求用户站的接入时隙宽度变化范围增大，频分多址方式要求用户站发送信号带宽可变或使用并行的多载波传输，码分多址方式要求用户站发送信号的扩展频谱增益可变或者使用多码道并行传输。组合的多址接入方式，可以方便地实现宽带多址接入：例如多载波（多频率）时分多址，多载波码分多址等。目前技术成熟的是多频率时分多址。

多频率时分多址设置有多个频段（多个载波），每个频率又划分成时间帧和时隙。各个用户地球站可以使用特定的频率和特定的时隙进行接入申请，根据申请的业务，得到相应的频率和时隙。对于宽琮业务申请，用户可以再在一个频率上，用一个时隙或多个时隙进行接入业务传输；也可以在几个频率上，用多个时隙进行接入业务传输。根据系统接入的特点，系统在接入信道上设置了不同的时隙：用户接入申请的时隙，用户业务传输的业务时隙，校正用户地球站发送时间和频率的粗同步时隙，以及校正发送时间和频率的精同步时隙。

宽带VSAT卫星通信系统的前向链路和反向链路往往是不对称的，前向链路和反向链路的转发器资源的配置要和业务的特性相匹配。宽带VSAT卫星通信系统需要设计和配置接入信道的资源、多载波数目，以及相应的帧结构，以适应给定接入突发特性、接入业务量条件下的接入时延和接入成功率的要求。宽带VSAT卫星通信系统往往有多种业务同时工作，系统的配置和设计只能适应总体的要求，为了适应各种业务的具体要求，还应该对不同业务设置各自的优先级，调整整个系统对不同业务的适应性。

VSAT通信网的通信规程协议

VSAT卫星通信网最初是作为透明信道使用的，它只提供固定的连接，传输单一的业务。这时针对不同的卫星信道，设备必须配置不同的通信软件。由于卫星通信必须支持网络管理和多址接入的控制，卫星通信业务的综合化必须传输多种业务，例如电信、计算机数据、以及数据音频视频广播，VSAT卫星通信网必须支持通信规程协议。

卫星通信规程要考虑传输的业务以及相应的规程协议。例如音频视频广播的数据结构和规程协议、计算机互联网通信的TCP/IP协议，以及电信通信的信令。随着宽带VSAT通信的发展，通信规程要支持交互通信，特别是宽带交互通信业务。卫星通信规程要考虑网络管理的规程协议，例如常用的SNMP（Simple Network Management Protocol），而SNMP是建立在UDP/IP提供服务的基础上的。卫星通信规程要考虑用户站接入时介质访问控制，以及卫星链路差错控制对通信规程的影响。

TCP/IP支持计算机互联网通信，支持网络管理SNMP，也可以支持数据音频视频广播，在卫星网络使用TCP/IP上运行各种业务和在地面网络一样方便。为了支持电信业务，可以把信令作为数据分组来传输；为了支持数据音频视频广播，可以把它们作为数据分组来传输，也可以把数据分组放在数据音频视频广播的一个通道上广播（TCP/IP over DVB）。目前研究最多的是VSAT卫星通信网怎样运行TCP/IP协议。

但是在VSAT卫星网上使用TCP/IP也遇到困难，包括卫星传输的长时延、卫星信道比地面信道高的差错概率、用户站多址接入的介质访问控制和资源共享与分配等问题。

针对卫星信道固有的长时延，人们在TCP/IP协议上已经做了许多工作，例如：协调接收缓区和发送窗口，定义选择重发模式，协调慢启动和拥塞控制的参数。针对卫星信道比地面信道高的差错概率，已经采用了多种信道编解码技术、干扰抑制技术来改善信道的传输特性。现在重视研究卫星通信的数据链路层和介质访问控制层，使它与TCP/IP协议匹配。将通信链路的差错由数据链路层和介质访问控制层来解决；链路的拥塞和多址接入的延迟和阻塞由TCP/IP协议来解决。

led照明具备多方面的优势，包括使用寿命长、安全可靠以及节能度高等，被普遍认为属于下一代主流照明技术。LED可见光无线通信系统是由LED照明与无线通信技术相互融合而构成的。

LED可见光无线通信的关键技术

LED可见光无线通信系统分为发射部分和接收部分。发射部分包括：信号输入和处理电路、LED可见光发射系统及其驱动电路。接收部分包括：接收光学系统、光电探测器、信号处理和输出电路。LED可见光无线通信主要包括以下几个方面的关键技术：

（1）光信号接收技术。在LED可见光通信系统中，存在着强烈的背景噪声及电路固有噪声的干扰，同时随着传输距离的加大，接收机接收到的信号十分微弱，常常会导致接收端信噪比小于1。为了精确地接收信号，需要有选择灵敏度高、响应速度快、噪声小的新型光电探测器；对所接收的信号进行前置处理，需采用高效的光滤波器，以抑制背景杂散光的干扰，对信号进行整形和去噪声。

（2）调制、编码以及解调技术。目前LED可见光无线通信系统大多采用强度调制（IM）的直接检测（DD）非相干系统，编码方式大多为二进制OOK（开关键控）编码。在实际光通信系统中，曼切斯特编码的性能优于OOK编码；此外，二进制OOK编码通过光学链路一次只能发送一个比特，但比特流的传送也可以以组的形式发送而不是一次一个，因此可采用光学组编码形式如脉冲位置调制（PPM）来达到更高的发送速率，但PPM系统在解码时对时钟同步性要求较高。

（3）码间干扰克服技术。在室内LED可见光通信系统中，LED光源具有较大的发射功率和宽广的辐射角，光线分布在整个房间。OOK编码器输出的矩形脉冲在传播过程中，由于LED单元灯分布位置不同及大气信道中存在的粒子散射导致了不同的传输延迟，光脉冲会在时间上延伸，每个符号的脉冲将加宽延伸到相邻符号的时间间隔内，产生码间干扰（ISI），导致系统性能恶化。通过可控的方式将ISI引入发射信号，采用抗扰动滤波器的相关电平编码，可降低ISI的影响。

（4）自动切换技术。在室外LED可见光无线通信系统中，当接收机（如汽车）从一个基站灯移动到另一个基站灯时，需要接收机能够自动切换。切换操作既要能够识别一个新基站又要将信令信号分派到新基站的信道上，设计者必须指定一个启动切换的最恰当的信号强度，选择恰当的切换时间以避免不必要的切换同时保证在由于信号太弱而通信中断之前完成必要的切换。为了保证这一点，基站在准备切换之前先对信号监视一段时间来进行信号能量的检测，这需由接收机辅助切换来完成。高速车辆只要几秒就驶过了一个基站灯的覆盖范围，切换中心很快会因为不停地有高速用户在不同基站灯间切换而不堪负荷，必须采用辅助切换技术减少切换中心介入切换的次数。

（5）无线信道传输技术。LED可见光无线通信系统的信号传输信道是随机信道，LED可见光的波长与大气中的尘灰、气体分子、大雾、雨滴的尺寸相近甚至更小，容易产生光的散射及吸收造成信号的严重衰减，阳光等背景光也会对系统的性能产生影响。要保证在随机信道下的正常工作，还必须对LED可见光传输信道作更深入的研究。目前在对室内信道进行分析时，都是采用Gfeller和Bapst的分析模型，将信道分成直射信道和墙壁反射信道两部分进行研究，但对背景光、散射等未作分析。因此建立恰当的室外传输模型和室内传输模型将有助于对系统展开深入的研究。

（6）信道复用技术。为了使多个终端能共享一条高速信道，须采用信道复用技术。在光通信领域，主要有光波分多址技术（OWDMA）、光时分多址技术（OTDMA）及光码分多址技术（OCDMA）。OCDMA是在光域内的一种扩频技术，可以动态分配带宽资源实现光信号的直接复用与交换，保密性好，抗干扰能力强，是具有广阔前景的多址技术。在LED可见光通信中可采用非相干OCDMA系统。

高速LED可见光无线通信系统还包括相应的电路结构优化设计、噪声抑制等技术。对于光通信系统来说，接收光场采用非相干检测。由于光电检测本质上是随机性的，在建立光探测器的输出模型时，电子释放时间、电子计数以及增益都是随机变量，这种过程是散弹噪声过程，接收机噪声通过获得散弹噪声极限的条件来克服。

led可见光通信缺点和优点

一、优点

1、与光纤通信拥有同样的优点，高带宽，高速率。

2、基于LED的Li-Fi可达到10 Gb/s 的数据传输速率，可以改善Wi-fi7 Gb/s的数据传输速率上限。

3、Li-Fi技术带来了极高的安全性，因为可见光只能沿直线传播，因此只有处在光线传播直线上的人才有可能截获信息。

二、缺点

1、目前，这种设备目前还非常昂贵，无法普遍使用。

2、可见光Lifi通信只能在有光的情况下才能进行。

LED可见光无线通信的发展现状

LED可见光无线通信分室外通信和室内通信室外LED可见光无线通信技术目前主要应用在智能交通系统（ITS）中，香港大学G.Pang等人在1998年提出了利用LED交通指示灯为车辆传输语音广播信号，将语音信号通过OOK调制加至LED光源，实现了低速的无线LED可见光传输。日本KEIO大学Kitano等人在2003年提出了LED公路照明通信系统。Pang等人只对利用LED交通灯进行语音传输展开研究，Kitano等人只在LED公路照明通信系统中分析了在不同的接收方向角和视场角下信噪比的好坏，以及在一定误码率下信噪比和接收数据率的关系，认为LED可见光公路照明通信系统优于红外公路交通通信系统。

随着智能交通系统研究的深入，又出现了LED交通灯、汽车前后LED灯之间构成的交通灯至汽车和汽车前灯至汽车尾灯这两类可见光通信系统。Okada等人提出利用二维LED阵列组成发射机和二维图像传感器组成接收机，来构成并行LED可见光通信系统，并利用接收图案的空间频率分量特征对车辆进行定距。Wook和Komine等人对交通灯至汽车的LED可见光通信系统进行了分析后，认为在系统中采用二维图像传感器的接收机性能优于采用雪崩光敏二极管的接收机，并指出在一定条件下一盏交通灯最佳的LED单元灯数目是50&TImes;50。

室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽带接入网中，日本KEIO大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama在2000年提出了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。他们以Gfeller和Bapst的室内光传输信道为传输模型，将信道分为直接信道和反射信道两部分，并认为LED光源满足LamberTIan照射形式，且以强度调制直接检测（IM-DD）为光调制形式进行了建模仿真，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系，认为当传送数据率在10Mbps以下的系统是可行的，码间干扰（ISI）和多径效应是影响系统性能的两大因素。2001年，Tanaka等人在原来的基础上分别采用OOK-RZ调制方式与OFDM调制方式对系统进行了仿真，结果表明：当传送数据率在100Mbps以下时这两种调制技术都是可行的，当数据率大于100Mbps时，OFDM调制技术优于OOK-RZ调制技术。

2002年，Tanaka和Komine等人对LED可见光无线通信系统展开了具体分析，包括光源属性、信道模型、噪声模型、室内不同位置的信噪比分布等，求出了系统所需的LED单元灯的基本功率要求，并分别以OOK-RZ、OOK-NRZ、m-PPM调制方式进行仿真分析，得到了不同条件下的误码率大小。

同年，Komine等提出了一套结合电力线载波通信和LED可见光通信的数据传输系统，以SC-BPSK调制方式进行了系统仿真，结果表明：系统在数据率为1Mbps条件下是可行的。同年，Komine等研究了由墙壁反射引起的多径效应对LED可见光无线系统造成的影响，分别以OOK、2-PPM、4-PPM、8-PPM调制方式进行仿真，结果表明：8-PPM调制方式性能最佳。在数据率小于60Mbps，接收视场角小于50度的条件下，采用8-PPM调制方式可有效克服墙壁反射引起的多径效应。

2003年以后，Komine等继续对LED单元灯的设计布局、可见光传播信道（分直达信道和反射信道两部分）、室内人员走动导致的反射阴影、墙壁反射光，码间干扰对系统性能的影响等展开研究，并得出了不同接收视场角和不同数据传送率下各因素对系统性能的影响曲线。同年，NTT公司的Douseki提出了光能LED无线通信系统，LED光既作为数据传播的载体又作为能量源给系统供电。2005年，Komine等利用基于最小均方误差算法的自适应均衡技术来克服ISI，仿真表明在数据率为400Mbps以下时，FIR均衡器和DFE均衡器都可有效减少ISI的影响，当数据率高于400Mbps时，DFE均衡器更能有效克服码间干扰（ISI）。

LED可见光无线通信的发展趋势

LED可见光无线通信，现阶段主要应用在室内局域网和智能交通系统中，未来LED可见光无线通信技术将向以下几方面发展。

（1）室内LED可见光通信采用OFDM调制技术、CDMA接入技术及分组编码技术具有良好的发展前景，但采用OFDM调制技术时，幅度不断变化的OFDM信号工作在大信号幅度时可能会驱动功放进入非线性区产生失真。其次，目前LED灯分多芯片和单芯片两种，采用OFDM调制技术、CD-MA接入方式下采用何种芯片能达到更高的传信率和更少的误码率还有待研究。还有目前LED可见光无线通信系统研究主要是针对下行链路，系统上行链路研究还有待深入。

（2）由于LED照明基站灯安装在天花板、公路两旁或交通枢纽上，铺设新的通信电缆成本太高，如与电力线载波通信结合在一起，利用电力线来传输通信信号可大幅降低投资成本。在日本等发达国家已得到了广泛应用，南京联通也在一些小区里开通了10M带宽的电力线上网业务。LED可见光无线通信与电力线载波通信相结合将是未来的发展趋势。

（3）LED可见光无线通信技术可为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法。汽车照明基本上都采用LED灯，将光接收机安装在道路边或汽车上，组成汽车至交通控制中心（连接着道路边的光接收机）、路灯至汽车或汽车至汽车的通信链路，可为夜间行驶车辆进行导航、定位，并且能够让驾驶员即时知道各条道路的车辆流量，这也是LED可见光无线通信在智能交通系统中的发展方向。

空间激光通信是一种利用激光束作为载波在空间进行图像、语音、信号等信息传递的通信方式。与传统微波通信相比，激光通信具有传输速率快、通信容量大、抗电磁干扰性能强、保密性高等优点，且其通信终端体积小、功耗低、实用性极高，引发各国研究热潮。空间激光通信技术的发展和突破对增强空间信息传输的实时性、安全性以及未来深空探测意义重大，有望变革未来空间通信技术发展。

空间光通信的特点及关键技术

1）高功率光源及高码率调制技术

在空间光通信系统中大多可采用半导体激光器或半导体泵浦的YAG固体激光器作为信号光和信标光光源，其工作波长为018～115（m近红外波段。信标光源（采用单管或多个管芯阵列组合，以加大输出功率）要求能提供在几瓦量级的连续光或脉冲光，以便在大视场、高背景光干扰下，快速、精确地捕获和跟踪目标，通常信标光的调制频率为几十赫兹至几千赫兹或几千赫兹至几十千赫兹，以克服背景光的干扰。信号光源则选择输出功率为几十毫瓦的半导体激光器，但要求输出光束质量好，工作频率高（可达到几十兆赫至几十GHz）。具体选择视需要而定。据报道，贝尔实验室已研制出调制频率高达10GHz的光源。

2）高灵敏度抗干扰的光信号接收技术

空间光通信系统中，光接收端机接收到的信号是十分微弱的，又加之在高背景噪声场的干扰情况下，会导致接收端S/N《1。为快速、精确地捕获目标和接收信号，通常采取两方面的措施：一是提高接收端机的灵敏度，达到nW～pW量级;其次是对所接收信号进行处理，在光信道上采用光窄带滤波器（干涉滤光片或原子滤光器等），以抑制背景杂散光的干扰，在电信道上则采用微弱信号检测与处理技术。

3）精密、可靠、高增益的收、发天线

为完成系统的双向互逆跟踪，光通信系统均采用收、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）总体结构要紧凑、轻巧、稳定可靠。国际上现有系统的天线口径一般为几厘米至25厘米。

4）快速、精确的捕获、跟踪和瞄准技术

这是保证实现空间远距离光通信的必要核心技术。ATP系统通常由以下两部分组成：

（1）捕获（粗跟踪）系统。它是在较大视场范围内捕获目标，捕获范围可达±1°～±20°或更大。通常采用阵列CCD来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构完成粗跟踪即目标的捕获。粗跟踪的视场角为几mrad，灵敏度约10pW，跟踪精度为几十μrad;

（2）跟踪、瞄准（精跟踪）系统。该系统的功能是在完成了目标捕获后，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μrad，跟踪精度为几μrad，跟踪灵敏度大约为几nW。

5）大气信道的研究

在地2地、地2空的激光通信系统的信号传输中，涉及的大气信道是随机的。大气中的气体分子、水雾、雪、霾、气溶胶等粒子，其几何尺寸与半导体激光波长相近甚至更小，这就会引起光的吸收、散射，特别是在强湍流的情况下，光信号将受到严重干扰甚至脱靶。因此，如何保证随机信道条件下系统的正常工作，对大气信道的工程化研究是十分重要的。自适应光学技术可以较好地解决这一问题，并已逐渐走向实用化。 此外，完整的卫星间光通信系统还包括相应的机械支撑结构、热控制、辅助电子学等部分及系统整体优化等技术。

这些技术的难度较大，但也是十分重要的。总的来讲，空间光通信是包含多项工程的交叉科学研究课题，它不仅在空间要完成一系列重要的技术功能，还需要有步骤地从地2地、地2空、空2空获取许多试验数据和技术考验。 值得提出的是，空间光通信的发展是与高质量大功率半导体激光器、精密光学元件、高质量光滤波器件、高灵敏度光学探测器及快速、精密的光、机、电综合技术的研究和发展密不可分的。近几年来光电器件、激光技术、电子学技术的发展，为空间光通信奠定了物质基础，在人力、物力上也作了准备，更由于信息社会发展的需要，空间卫星间激光通信已是指日可待了。

空间激光链路分类

空间激光通信的分类主要是通过距离和应用的不同来进行分类的，其中包括：低轨和同步轨道通信、同步轨道和地面轨道通信、同步轨道和同步轨道通信、低轨和低轨之间的通信、低轨和地面之间的通信、地面之间的各站点之间的通信、地面和飞机等的通信这几种通信的主要途径，在空间技术的调解技术上可以分为直接的和相干的两种探测解调技术，随着相关的技术不断在进行调高，相干探测解调技术在探测的灵敏度上更高，能够将探测数据的精度明显的提高，具有一定的使用优势，所以在空间通信技术的研究工作中成为一项主要的研究对象。

空间激光通信性能参数

在对空间激光技术的性能参数进行衡量时主要是通过距离、通信的速度和误码率来进行有效的判断的，在空间激光通信技术的终端上还有激光波长、激光的发散角等方面的一些参数上的指示。

空间激光通信系统

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。

空间激光通信的发展状况解析

一些国外的发达国家在空间激光通信技术上早就有所应用，就美国的激光通信技术发展状况来说其属于这项技术的领导者，在技术项目的研发和一系列的技术试验工作美国大多参与其中并起到了主导的作用，美国还制定了2016年的星间激光通信网络计划，在这项计划中通信的速率得到了明显的提升，其主要还是在设备的有力支持的基础上来进行的。在激光网络通信的建设工作上美国的投资是非常巨大的。

就国内来说，我国在空间激光通信工作的研究和发展上还不是很充分，在技术的起步上也比较晚，主要的研发单位还是集中在一些大学中，比如哈尔滨工业大学、长春理工大学、武汉大学等，所以说我国在空间激光通信技术的研发工作上仍然需要进行坚持不懈的努力。

空间激光技术在不断的发展过程中很多技术上的问题已经得到了有效的解决，其能够有效的进行瞄准和跟踪、在捕获工作环节上也更加精确、在大气湍流的解决上具有很好的补偿技术等，已经得到了有效的进步。在技术上的问题的解决给以后的星际光通信技术的发展打下了良好的基础，在激光通信技术的未来发展中主要表现出以下几点发展的趋势：

第一，在探测体制上已经逐渐的表现出从直接探测向相干探测和复合探测的方向上进行转变，这样能够有效的实现激光通信系统对环境的适应性额和同其他系统之间的互通性。

第二，在通信的波长上逐渐的走向1.5 5μｍ波的过渡，这表明激光通信技术的容量在不断地走向扩大的趋势，也是未来的技术发展的重要趋势之一。

第三，在未来的激光通信技术的发展中纳米技术的应用会有效的推动激光通信技术的发展，纳米技术的不断发展会更好的解决空间环境的适应性问题。

第四，在未来的激光通信技术的发展中会实现更好的经典光通信和量子光通信之间的结合。

第五，激光通信将成为深空探测活动的主要通信方式。

卫星通信在信息网络中的应用及发展

当今世界；人们在谈到通信时，总是离不开宽带通信，多媒体通信和移动通信。因此未来的电信网，将是一个包括地下的光缆，地面的微波和蜂窝移动通信，地面以上20公里左右的汽球通信及数百至数千公里的低轨道卫星通信，一万公里左右的中轨道卫星通信，以及3.6万公里高的静止轨道通信卫星系统组成的一个混合系统。它们之间既可以单独组成通信系统；又可以在不同系统间互连互通，成为真正无逢隙的、全球移动的、能够提供各种带宽和多种业务的综合通信网。卫星通信作为一种重要的通信手段，过去主要用在电话通信及电视广播等方面，到了八十年代中期后，随着数字技术的发展，以IDR和VSAT方式工作的卫星通信得到迅速发展。但是由于陆地光缆通信的高速发展，对传统的卫星通信产生了重大的冲击。九十年代中期由于卫星技术的发展；又由于卫星通信具有广播式传送及接入方式灵活等特点，使得它在因特网、宽带多媒体通信和卫星直播电视等方面得到了迅速发展。卫星通信系统的基本结构卫星因特网的优越性及其应用范围：卫星因特网的优越性：1）以低成本的价格提供较宽的带宽；2）进行一点到多点通信，实现广播服务；3）可实现同时传播；4）能对终端用户实现地址化管理，从而可以实现即时提供所需信息；5）与距离无关。主要应用范围：1）ISP与骨干网连接。2）卫星高速传送二3）单向混合网和多点广播业务（如Direct PC）：4）新一代的低成本双向IPVSAT业务。卫星因特网及其业务的发展据报道，近年来，卫星因特网的年增长率是相当可观的。过去一年中基于卫星的因特网业务增长了314％，过去两年中增长了858％。现在，全球超过11％的ISP使用卫星做因特网骨干网。新增加的数量主要是用在卫星接入和多点广播，从而提高了性能，降低了成本。其中许多是用来为企业和个人提供采用双向卫星终端的高速因特网接入，这样可以避开电信供应商，建立自己可以控制的企业网。卫星因特网的应用同时也推动了B to B（企业间）电子商务和农村通信的发展。根据一些研究机构的预测，在未来的十五年，通过卫星传送的业务将主要是数据型业务，而电话业务不会有明显的增长。据预测表显示：1995年电话业务约为80亿美元，而数据业务只相当电话业务约50％；到2001年，电话业务为100亿美元，数据业务将达到300亿美元；2015年，电话业务将仍为100亿美元，而数据业务将达到600亿美元。数据业务的发展速度将是非常快的。由于通信、媒体、因特网及娱乐等得到迅速发展，对带宽的需求增加很快，其中也包括对卫星空间容量更大的需求。根据国际卫星商业委员会（ISBC）的一份报告称，全球因特网使用的卫星空间段容量已达15Gbps，今后四年将增加五倍，达到64Gbps。我国卫星因特网的发展情况卫星因特网业务，在我国的发展虽然是近几年的事，但其发展速度则相当快，到2000年4月底，我国国际互联网的总带宽已达700MHz，其中利用卫星的带宽为208MHz。国内的因特网用户已达1000万用户，按目前国际发展现状，如有10％的用户通过卫星接入因特网，则其用户可达100万，可见其潜力是很大的。国内采用卫星信道作为接入网的Direc PC业务还处在起步阶段，广东电信的星网通业务就是利用“中卫-1号”卫星的ku波段的12MHz带宽进行 的。我公司目前正在与有关方面探讨，加速卫星因特网的推广应用。作为传统的电信运营企业，在新的电信发展环境下，为了充分发挥自己已有的优势，正在认真研究如何适应这种变化，我们将在保证卫星通信作为电话通信一种重要手段的同时，不失时机地开发新的业务领域，在卫星因特网、宽带多媒体接入等方面寻求新的发展，这是卫星在电信通信发展中的一个重要课题，我们认真把它做好。