２０１３年第５期 （总第１２７期） 信息通信 １ＮＦＯＲＭＡＴＩｏＮ＆ＣｏＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ２０１３ （Ｓｕｍ．Ｎｏ １２７） 无线 统设计与实现 （湖南科技经贸职业学院，湖南衡阳４２１００１） 摘要：无线光通信系统适合大气随机信道传输，对该系统进行了模拟和数字信道的大气无线激光多媒体通信测试试验。 该设计能够有效地补偿大气随机信道对传输信号的衰减损耗，提高系统的通信质量。 关键词：无线光通信；光接发收机；大气随机信道 中图分类号：ＴＮ８３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１１３１（２０１３）０５—００４０ ０１ 无线光发射机子系统主要实现光信号的发射、调制、光功 率自动控制补偿、系统状态检测、大气信道编码、接口电路转 换等功能。激光器设计中需要考虑的有波长、功率、类型选择 等。波长应该选大气信道损耗最小的波长，功率选择要考虑 激光通信传输距离和光电接收器的光接收灵敏度及激光在大 气传输中人眼安全的问题，本设计的激光器功率为ｌＯｍＷ，常 用光源有ＬＥＤ和ＬＤ。ＬＥＤ足大角度，能量分散，使用起来 更为安全，但传输距离短，带宽比ＬＤ窄。半导体激光二极管 的光发散角窄，发射功率较大，能载荷宽带信号，因体积小、重 量轻、电光转换效率高、寿命长、易于调制等优点而成为首选， 因此本设计选用Ａｌ（Ｉｎ）ＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半导体激光器。对于线 性度良好的半导体激光器，激光输出功率决定于内量子效应 和光腔损耗，并随着电流而增大。当注入电流时，输出功率Ｐ 与Ｉ成线性关系，在选择时，闽值电流尽可能小，对应的Ｐ值 尽可能小，且Ｐ—Ｉ曲线的斜率适当。斜率太小，则需要的驱动 信号太大；斜率太大则会出现反射噪声，使光功率控制电路调 整困难。激光器的工作范围和线性工作的性能，激光器的闽 值电流为ｌＯｍＡ，线性工作区间为ｌＯｍＡ一５０ｍＡ，当工作电流 加大时，其输出最大值，即进入饱和区。因此最佳静态工作电 流为３０ｍＡ，动态工作范围是＋２０ｍＡ到一２０ｍＡ． 无线光通信系统采用光强度调制，直接检测技术，光相干 调制／外差检测技术。本设计采用光强度调Ｎ／直接检测系统。 发射端用电信号直接调制半导体激光器的驱动电流，使输出 的光载波的强度随电信号变化，从而获得调制信号；在接收端 用光检测器直接将光信号转换成电信号。 激光器光源选定后，必须选择合适的激光驱动器。激光 驱动器既为激光器提供稳定的偏置电流和电压，使其正常发 光，提供随信号线性变化的调制电流，使其能够产生不失真的 光信号；又自动调节其发射光功率，用来补偿衰减效应。为了 不产生非线性失真且有充裕的动态调节范围，它产生的偏置、 调制电流都满足上面激光器的要求且有余量。由以上分析可 知激光器闽值电流为１０ｍＡ。调制激励电路采用单管共发射 极电流放大电路，静态电流为３０ｍＡ，因此静态偏置电流 ＩＢＱ＝３０ｍＡ，ＵＢＥＱ＝０．５ｖ．工作范围是２０ｍＡ，则输入动态范围 是约８０ｍＶ。 在好天气下，激光器的电流由其静态和动态工作电流决 定。在恶劣天气下，系统根据衰减程度，调制驱动电路根据衰 减程度自适应调节偏置和调制电流，达到自动补偿衰减效应 的作用。因衰减和湍流效应会产生随机比特和突发区间误码， 为保证可靠性，提高传输质量，须在信息码中增加一定数量的 多余码元，使码字有抗干扰能力。该系统采用奇偶校验、前向 纠错以及通过一些差错重发的协议来降低误码率。 光接收机分为直接功率检测接收机和外差接收机。外差 ４０ 接收机的本地振荡器产生的光场通过始端透镜进行混合，再 对该组合波进行光电检测。由于外差接收机在待混合的两个 光场的空间相干性要求严格，因此采用直接检测光接收机。接 收机主要完成接收空间光场并对其进行处理，恢复解调所发 送的信息，对大气信道进行监测补偿的过程。 光检测器是实现光电转换的器件，其性能特别是响应度和 噪声直接影响接收机的灵敏度。对光电检测器的要求：波长响 应要和大气信道低损耗窗口兼容；响应度要高，在一定的接收 光功率下，能产生最大的光电流；噪声要尽可能低，能接收极微 弱的光信号；性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。 光电池对不同波长光的灵敏度是不同的。硅光电池的长 波限由硅的禁带宽度决定，为１．８５ｕｍ，峰值波长１．４ｕｒｎ，短波 波长０．２５ｕｍ。电检测器是一种功率检测器件，其输出信号正 比于光电检测器所收集到的瞬时场强。检测器的输出呈显 散弹噪声过程，该过程的计数强度与收集到的功率成正比。 在保证通信链路畅通后，开始检测模拟语音信号的传输 性能。模拟语音信号调制成光信号发射到空气中，光接收机 将衰减后的光信号解调并补偿还原成原始的语音信号返回给 电话机。传输的声音清晰洪亮，发射机波形和接收机波形，波 形形状保持良好，信噪比较高，没有失真变形现象． 最后检测其数字信号的传输性能。将信号源的输入端接 到单片机ＴＸＤ，信号宿的输出端接到单片机ＲＸＤ。设置发射 端的传送数值，接收端能实时正确地显示相应数值，结果表明 接收信号的上升和下降时间较短，波形保持良好，传输信号的 误码率较低，数字通信链路畅通，能够顺利实现数字信号的大 气无线光通信。 本文提出了一种区别于光纤通信系统、适合于大气随机信 道传输的无线光通信系统，并实现了该系统的光发射机和接收 机的设计。详细分析了无线光发射机和接收机的工作原理及 结构设计，并对该系统进行了模拟和数字信道的大气无线激光 多媒体通信测试试验。通过实验，该系统能成功地实现高速率、 远距离的激光无线通信，且有效地补偿大气随机信道对传输信 号的衰减损耗，提高系统的通信质量，具有很大的实用价值。 参考文献： ［１］常鹏．无线光通信（ＦＳＯ）收发机的研究与实现［Ｊ］ＩＬ京交通 大学，２００８ 【２】彭ｄ，ＯＭ，无线光通信系统中的激光发射与接收技术［Ｊ］．广 州航海高等专科学校学报，２００９ 基金项目：湖南省教育厅科研项目资助（ＮＯ．ＸＪＫ０８ＣＪＢ００６） 作者简介：何美生（１９７６一），男，湖南衡阳人，主要研究方向为电 子信息技术。
