专利名称：无线激光通信端机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于通信领域，是一种在自由空间传输的无线激光通信端机。主要应用领域包括移动通信基站间的互连、用户接入、局域网、因特(Intranet)内部网、因特(Internet)网接入、备用链路、快速部署、临时扩容、灾害应急。在不便和不能铺设光缆之处、不便和不能架设微波天线的场合等，成为更佳的选择。与微波通信相比，它无需频率使用许可证。
在先技术中，利用电磁波作为信号载体的无线电通信由来已久，其中短波、微波、毫米波无线通信至今仍广泛使用。但它存在保密性不好，通信容量低，波段资源受到限制等不足。光纤通信以光作为载体，以光纤作为传输介质实现通信过程。由于光的频带资源十分丰富，因此通信容量巨大，成为现代通信的骨干。但光纤通信网络，包括光端机、光缆等通信基础设施的建设是事先规划的、固定的。这样会出现光缆没有到达或光缆不便到达的地域。这恰好为激光无线通信提供了一个发展的空间。激光无线通信是以激光作为载体在自由空间传输的通信技术，与光纤通信相比具有灵活性。早在七十年代人们就开始激光大气通信的研究，但是由于光纤通信的成功，没有受到充分重视。近年来由于移动通信的需求和微波通信的带宽限制，空间光通信取得很大的进展。美国朗讯公司采用1．55μm波段的半导体激光器加光纤放大器(EDFA)作为发射光源，并采用波分复用结构，实现10Gbit／s的容量的空间光通信。日本、欧洲等国家也报道了几种空间激光通信装置。
中国电子科技大学采用二氧化碳激光器(10．6μm波长，内腔式)，实现定点双工四线制三路电话的大气通信(技术成果编号88210414)。中国中山大学激光与光谱学研究所采用音频或数字信号的调幅激光制式工作实现大气通信传输(技术成果编号89209283)。它们都存在通信容量很低，在通信系统的结构上，没有考虑与其他通信设施包括光纤通信、微波通信的接口，实用价值小等缺陷。
本实用新型为了克服上述在先技术中存在的不足，提供一种同机具有发收光信号和电信号的功能，具有双工通信功能，以及具有大容量、直接同光纤通信、微波通信网络并网的实用化功能的可以移动和便携的无线激光通信端机。它将能机动灵活地适应各种场合的应用。
本实用新型的无线激光通信端机如图1所示。进行通信时由一对性能(包括机械、光学以及电学)和结构完全相同的笫一光端机1和第二光端机2构成。每一架光端机1、2的结构如图2所示。包括置于机械调整架7上的机壳3，在机壳3内置有光发射子机4，光接收子机5和瞄准具6。
光发射子机4如图3所示，主要包括机壳3上有发端机同轴电缆接头10和发端机光纤适配器8，发端机光纤适配器8通过光纤与置于机壳3内的发端机光接收组件9相联；发端机同轴电缆接头10通过高频电缆与发端机码型变换器11相接；发端机光接收组件9和发端机码型变换器11的输出接入发端机制式选择开关12，然后发端机制式选择开关12依次连接发端机信号处理模块13，发端机激光驱动器14至发端机激光器组件15。被发端机激光驱动器14驱动的发端机激光器组件15产生调制的激光束。经光发射天线16定向向空间发射。
光接收子机5的结构如图3所示，主要包括光接收天线17；经光接收天线17收集的光信号由收端机光接收组件18转换成电信号，输入收端机信号处理模块19，传输至收端机制式选择开关20。然后分成两路，一路连接收端机激光驱动器21，至收端机激光器组件22，收端机激光器组件22产生调制的激光束，经置于机壳3上的收端机光纤适配器25连接光纤通信线路。另一路接入收端机码型变换器23，经置于机壳3上的收端机同轴电缆接头24连接至电传输线路上。
上述结构的工作过程是当光纤通信的光信号经由第一光端机1中发端机光纤适配器8输入，由发端机光接收组件9变换成电信号；通过发端机制式选择开关12送到发端机信号处理模块13，进行整形放大时钟提取等处理；经处理的信号输入发端机激光驱动器14，激励发端机激光器组件15产生与光纤输入光信号同样速率的高功率调制光束，通过光发射天线16定向发往事先瞄准好的第二光端机2中光接收天线17的空间区域。光接收天线17收集对方光发射天线16发来的载有信息的光，耦合至收端机光接收组件18的受光面上，把光信号转换成电信号；经收端机信号处理模块19进行整形放大和时钟恢复等处理，通过收端机制式切换开关20，馈入收端机激光驱动器21驱动收端机激光器组件22，再经收端机光纤适配器25，把同样的光信号送入光纤，向下行的光纤线路发送。
如果所传送的是电端机线路的HDB3编码的电信号，电信号经发端机同轴电缆接头10输入；通过发端机码型变换器11，变换后由发端机制式切换开关12送到发端机信号处理模块13处理；然后与上述同样的过程完成空间激光传输，并经收端机码型变换器23解调还原为HDB3码的电信号输出。
同样从第二光端机2发送，第一光端机1接收完成上述信息的空间传输过程。这样实现了本端机的双工(双向)通信功能，实现与光纤通信网络、微波通信网络等直接并网接入运行。
上面所述的瞄准具6是光学望远镜或是激光对准构件。它配合调整架7以实现两台第一光端机1和第二光端机2在进行空间通信以前事先瞄准调整。
上面所述调整架7是配合瞄准具6的五维调整机架；或是适用远距离场合自动跟踪瞄准架。
上面所述的收端机和发端机激光器组件15、22是800nm波段大功率半导体激光器组件，或者是1550nm波段半导体激光器加掺铒光纤放大器(EDFA)组成的主振功放组件，或者是采用多波长半导体激光器组件和波分复用器，实现波分复用，以增大通信容量。
上面所述的收端机和发端机光接收组件18和9，是半导体光电探测器组件，根据发射波段是800nm波段的硅(Si)光二极管和场效应晶体管(FET)组件，或者是硅雪崩光二极管(APD)，或者是1550nm波段的铟镓砷探测器(InGaAs)和场效应晶体管(FET)组件。在收端机或发端机激光器组件15或22采用波分复用结构时，还要包括波分解复用器。
上面所述光发射天线16，光接收天线17，是收发分体式大口径短焦距的透镜结构，如图4所示。或者是含偏振分束片27的收发一体式结构。它是采用偏振分束片27进行发和收的合波和分波，如图5-1所示。或者是含有光纤环形器28的收发一体式结构，如图5-2所示。它是用光纤环形器28实现发送激光束及接收光波的合波和分波。
上述发端机和收端机的信号处理模块13，19是由电路主板构成的，电路主板主要包含自动增益控制元件、整形放大元件、时钟提取和恢复元件、误码告警元件、帧失步告警元件和对端告警元件。
本实用新型的优点主要有(1)因上述结构中，本实用新型的光发射子机4中含有发端机光接收组件9通过光纤与置于机壳3上的发端机光纤适配器8相联，同时发端机码型变换器11通过高频电缆与机壳3上的发端机同轴电缆接头10相接。在光接收子机5中含有一路是收端机激光器组件22产生的调制激光束经机壳3上的收端机光纤适配器25连到光纤通信线路上；另一路是收端机码型变换器23经机壳3上有收端机同轴电缆接头24连接到电传输线路中。所以本实用新型既可以发收光信号，又可以发收电信号，具有双工功能。
(2)因第一光端机1和第二光端机2的性能和结构完全相同。每台光端机都可以完成发或收的工作。所以本实用新型实现了双工通信功能，实现与光纤通信网络，微波通信网络等直接并网接入运行。
(3)本实用新型中发端机和收端机激光器组件15和22，是半导体大功率激光器，或半导体激光器加光纤放大器(EDFA)的主振功放(MOPA)组件，作为发射端机的光源，可以采用直接电流调制方式，具有简单高效、调制速率高，体积重量小，大气损耗较小的优点。
(4)本实用新型中含有发和收制式选择开关12和20，以及光信号，电信号输入输出介面接口，能同光纤通信，微波通信等系统兼容，适用范围较广。
(5)本实用新型中含有发端机信号处理模块13，和收端机信号处理模块19的电路主板符合通信端机的实用要求，包含多路复用，收发无光告警，帧失步告警，误码告警，对通失效告警，公务电话等功能，有很强的实用性。
(6)本实用新型收、发光学天线17，16有分体式和一体式的结构，无论哪种结构都使整体结构轻巧紧凑，使光端机的体积大为缩小，重量轻，便于携带。
图1为本实用新型无线激光通信端机通信的总体布局结构示意图。
图2为本实用新型无线激光通信端机的结构示意图。
图3为本实用新型无线激光通信端机光发射子机4和光接收子机5的具体结构示意图。
图4为本实用新型无线激光通信端机中光发射天线16和光接收天线17，是收发分体式的结构示意图。
图5为本实用新型无线激光通信端机中光发射天线16和光接收天线17，是收发一体式的结构示意图。其中图5-1是含有偏振分束片27的收发一体式的结构示意图。图5-2是含有光纤环行器28的收发一体式的结构示意图。
实施例按照图1的整体布局和图2、图3所示的具体结构，光发射天线16和光接收天线17采用图4收发分体式大口径短焦距的结构，发端机和收端机激光器组件15和22为800nm单波长铝镓砷(AlGaAs／GaAs)大功率激光二极管；发端机和收端机接收器组件9和18为硅光二极管与场效应晶体管组成(PIN-FET)；输入信号为HDB3码。实现了双向双工大气传输激光通信。工作距离为2公里，通信信号速率分别为2Mb／s、8Mb／s、34Mb／s和155Mb／s。按照国际电联(ITU)规定的G．821标准进行考验测试，误码率低于10-9，有效可用时间的百分比大于99％。
权利要求1．一种无线激光通信端机，<1>由一对性能和结构完全相同的第一光端机(1)和第二光端机(2)构成；<2>每一架光端机(1、2)包括置于机械调整架(7)上的机壳(3)，在机壳(3)内置有光发射子机(4)、光接收子机(5)和瞄准具(6)；其特征在于光发射子机(4)和光接收子机(5)的具体结构是<3>光发射子机(4)主要包括机壳(3)上有发端机同轴电缆接头(10)和发端机光纤适配器(8)，发端机光纤适配器(8)通过光纤与置于机壳(3)内的发端机光接收组件(9)相联，发端机同轴电缆接头(10)通过高频电缆与发端机码型变换器(11)相接，发端机光接收组件(9)和发端机码型变换器(11)的输出接发端机制式选择开关(12)，自发端机制式选择开关(12)依次连接发端机信号处理模块(13)，发端机激光驱动器(14)至发端机激光器组件(15)，发端机激光器组件(15)产生调制的激光束经光发射天线(16)定向向天空发射；<4>光接收子机(5)主要包括光接收天线(17)，经光接收天线(17)收集的光信号由收端机光接收组件(18)转换成电信号输入收端机信号处理模块(19)，传输至收端机制式选择开关(20)，然后分成两路，一路连接收端机激光驱动器(21)至收端机激光器组件(22)，由收端机激光器组件(22)产生的调制激光束经置于机壳(3)上的收端机光纤适配器(25)连接到光纤通信线路；另一路接入收端机码型变换器(23)，经置于机壳(3)上的收端机同轴电缆接头(24)连接至电传输线路上。
2．根据权利要求1所述的无线激光通信端机，其特征在于所说的发端机激光器组件(15)和收端机激光器组件(22)是800nm波段大功率半导体激光器组件，或者是1550nm波段半导体激光器加掺铒光纤放大器组成的主振功放组件，或者是采多波长半导体激光器组件和波分复用器。
3．根据权利要求1所述的无线激光通信端机，其特征在于所说的发端机光接收组件(9)和收端机光接收组件(18)是800nm波段的硅光二极管和场效应晶体管组件，或者是硅雪崩光二极管，或者是1550nm波段的铟镓砷探测器和场效应晶体管组件，或者还包括波分解复用器。
4．根据权利要求1所述的无线激光通信端机，其特征在于所说的光发射天线(16)和光接收天线(17)是收发分体式的大口径短焦距的透镜结构，或者是含有偏振分束片(27)的收发一体式的结构，或者是含有光纤环形器(28)的收发一体式的结构。
5．根据权利要求1所述的无线激光通信端机，其特征在于所说的发端机信号处理模块(13)和收端机信号处理模块(19)是由电路主板构成，电路主板包含自动增益控制元件、整形放大元件、时钟提取和恢复元件、帧失步告警元件和对端告警元件。
专利摘要一种无线激光通信端机,是由一对性能和结构完全相同的两架光端机构成。每架光端机包括置于机械调整架上的机壳,机壳内置有光发射子机和光接收子机。光发射子机中同时含有发端机光接收组件和发端机码型变换器分别连接到机壳上的发端机光纤适配器和发端机同轴电缆接头上。光接收子机中含有一路是收端机光纤适配器连接到光纤通信线路;另一路是收端机码型变换器经收端机同轴电缆接头连接到电传输线路。具有光信号和电信号双工的实用化功能。
文档编号H04B10/26GK2413441SQ00217069
公开日2001年1月3日 申请日期2000年3月30日 优先权日2000年3月30日
发明者陈刚, 方祖捷, 陈高庭, 张位在, 陈扬霖 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所