摘要：自由空间光通信（Free Space Optical Communication ，FSOC）具有传输速率高、抗电磁干扰、抗截获、保密性高、无需频谱申请等优势，在5G回传、卫星通信、平流层通信、机载通信、激光射频协同传输等领域获得广泛关注。基于此，以下对自由空间光通信技术及应用进行了探讨，以供参考。

关键词：自由空间；光通信技术；应用研究

引言

光通信系统是一种以光为载波，以光波为信息载体的新型通信方式，是一种传输信息量大、结构灵活、无线布控的新型网络体系，光通信系统主要通过激光传感器进行无线布控，利用无线路由对覆盖区域进行信息的采集与检测，但在实际应用过程中，由于激光传感器在传递信息过程中分布不均匀，导致发射功率较大，最终影响光通信系统的效率以及光通信系统的安全。

1自由空间光通信技术简介

自由空间光通信，这种通信方式采用光作为传输载体，使用大气作为传输媒介，对应的通信系统组成。自由空间光通信系统由发射端和接收端的信号处理单元、半导体激光收发器、光学发射（接收）天线、自动跟踪瞄准系统、光放大器、光检测器等部分组成。信源携带的数据信息经过信源编码后，调制到光载波上，再通过以大气作为媒介的信道发送出去，光学接收天线将光信号收集起来，将光信号转换为便于处理的电信号，之后再进行相应的解调与译码操作，恢复发送端传输的原始信息。自由空间光通信技术相比于光纤通信，空间光通信系统无需进行长距离光纤线路的前期铺设及后期维护，部署成本更低，组网机动灵活，更能够适应河流、山峰、海陆等复杂地理条件下的通信，同时还能够满足灾后应急通信、卫星通信、军事通信的需求。

2自由空间光通信技术及应用研究

2.1信号转换电路模块设计

直接通过网络接口发出的以太网信号必须由电路提取和处理，才能满足系统需求。同时，以太网信号被视为差分信号，可见光通信技术需要单端信号来传输。并且输入设备和以太网接口的信号设计应是差动信号，因此在设计检测电路模块后，还应充分考虑其差动信号模块，实现信号提取电路、差动端电路和差动端电路的设计。首先，以太网信号提取电路的功能是在以太网物理层差分信号提取后直接通信。整个过程可以实现信号通信，减少信噪比损失，无需对收发终端进行编码、解码和解调操作。二是差动电路的一端设计主要由差动接收机放大芯片进行，在高频工作状态下仍可具有极高的共模抑制比。所以对应于高速差分信号传输的应用。

2.2 ATP子系统

激光通信系统的散射角度较小，快速准确的捕获、瞄准和跟踪是远程光通信成功的关键因素，也是影响通信性能和效益的重要因素。ATP子系统用于捕获、跟踪和对齐光束。关键技术包括远距离捕获微弱信号以及高精度、高带宽的跟踪。在遥远的空间中，光线通过大气和通道的衰减、扩展和闪烁，以及远距离的快速捕获，对遥远空间中的光通信应用构成了挑战。对于每月距离连接，也可以通过OGS发射标记光进行捕获，但对于较长的连接，由于功率限制，无法使用标记方法。关于遥感无标记技术的国家和国际研究建议将地球用作标记，利用地球的红外图像无标记地捕获全球轨道导航卫星系统，但随着地球的移动，地球、海洋和云复盖面的图像差异可能导致定位错误另一种解决办法是使用红外星敏感器，因为恒星系的位置和亮度相对稳定；使用星历根据航天器自动控制系统提供的姿态信息捕获和跟踪星；并根据航天器的位置信息校正后光束的方向美国航天局O2项目的导航卫星委员会使用了一个星敏感方案，如本文件第3.3节中由麻省理工学院林肯实验室开发的可扩展激光终端。

2.3以太网通信系统测试

基于可见光通信技术的以太网通信系统过程测试分析需要一个测试平台。全系统通信线路旨在通过受上行链路和下行链路影响的集成模块以及近模块和远程模块传输以太网信号。此外，在光传输过程中，设计中添加了镜像以提高以太网通信距离。为方便系统使用，本文首先通过网线将以太网接口连接到100Mbps，并每10分钟测试一次设备的下载速度。然后利用基于可见光通信技术的以太网通信系统实现互联网连接，并采用上述网络速度测试方法进行测试。对网络电缆直接连接模式与本文网络设备下载速度和下载速度测试结果的比较分析表明，使用以太网通信系统连接到网络的设备的下载速度与连接模式基本相同 从而证明了系统能够实现100Mbps的以太网传输。其次，为了进一步证明系统的可行性，在实验测试过程中，尝试移动接收终端模块时，发现系统能够在接收终端的短距离移动或旋转距离内进行以太网通信。最后，该系统分别针对暗环境和midi环境对以太网通信系统进行了测试，经验证明，无论如何，该系统都能实现100Mbps的稳定以太网信号传输。

3  FS0技术的发展趋势

目前，与自由星际空间光学通信有关的科学和技术挑战已经克服，虽然还不可能建立真正的星际通信，但对许多关键技术的研究近年来取得了显著成果，人们希望在不久的将来，光学通信技术能够取得更为长远的发展，如微波系统可以提供广泛的低速通信，自由空间光学通信系统可以在很小范围内提供快速、方便的连接。微波系统与室外光学通信系统之间的透明接口可以使服务对用户更加方便。

4  结束语

本文对自由空间光通信系统的组成及其在传输过程中各类影响因素和自由空间光通信技术的优势及其典型应用场景进行了简要介绍，不仅有利于理解自由空间光通信技术的原理，还能了解自由空间光通信系统在传输过程中的影响因素，对FSO通信系统的设计、FSO系统方案、FSO技术应用等方面有着重要意义，并能有效促进自由空间光通信技术的发展。

参考文献：

[1]李飞翔，张华伟，杨旭，杨雁南.自由空间光通信综述[J].光电技术应用，2022，37（03）：16-22.

[2]韩睿.浅谈自由空间光通信技术及其应用[J].中国新通信，2018，20（17）：120.

[3]钟春晓，王锦丽，刘明萍.光相干探测技术在自由空间光通信系统中的应用研究[J].激光杂志，2018，39（07）：110-114.