空间光通信技术的概述

1.1空间光通信的基本原理

空间光通信是一种新型的光通信方式。空间光通信技术在20世纪80年代就开始用于军方，随着掺饵光纤放大器、波分复用、自适应光学等技术不断发展，无线光通信在传输距离、可靠性、传输容量等方面有了较大改善，适用面也越来越宽。

空间光通信技术(FSO)是一种新型的宽带无线接入的技术，利用激光束作为信道，从而在大气空间中直接完成信息的双向传送。空间光通信技术(FSO)以激光为载体、以大气为介质，用点对点或点对多点或多点对多点的方式实现语音、数据、图像信息之间的双向通信。空间光通信结合了光纤通信和无线通信各自的优势，有“虚拟光纤”的美誉。

一个空间光通信系统由三个基本部分组成，分别是光学天线及光路系统，光发射端机，光接收端机121。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。空间光通信系统所用的基本技术是光电转换[3]。光通信系统的组成框图如下图所示。

通信系统将信息源调制到电发射机上，输入电信号，再把电信号调制到光发射机上，通过光发射机将电信号转换成光信号。此时，通过捕获-跟踪-对准系统，即ATP系统，在光发射机端与光接收机端建立起光通信链路，建立握手机制，这样光发射机的光源受到电信号的调制，通过作为天线的光学望远镜，将光信号通过大气信道传送到接收机望远镜。在接收机中，望远镜收集接收到光信号并将它聚焦在光电检测器中，光电检测器将光信号转换成电信号，通过解调就可以得到要传送的信息源的信息。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。对基于无线光通信的系统来说，最常用的光学波长是近红外光谱中的850纳米；还有一些基于无线光通信的系统使用1500纳米的波长，可以支持更大的系统功率[3]。

1.2空间光通信的优点

空间光通信技术(FSO)与其他接入技术相比，具有以下优点：

(1)空间光通信技术(FSO)通信速率高，通信容量大，频带较宽。理论上讲，空间光通信技术与光纤通信技术都具备着同样的带宽，只不过二者的传输媒介不同(空间光通信技术是用大气作为传输媒介，光纤通信技术是以光纤作为传输媒介),所以会有微小的差别21。空间光通信技术数据传输率高，在星际空间光通信中，其载波频率为10l³～1015Hz,比微波通信高出几个数量级，单通道就可提供高达10Gbps量级以上的数据传输率，远大于目前微波通信百Mbps的数据传输率。通过波分复用，数据传输率可以达到数百Gbps以上。

(2)频谱的资源丰富。空间光通信设备多采用红外传输的方法，有着十分广阔的频谱资源，所以不会和其他的无线通信系统，如卫星通信等发生干扰，也就不需要向有关管理管理部门申请频率许可证[2。空间光通信以光为传输媒介，协议透明，任何传输协议均可容易地叠加上去，对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送[5]。

(3)快速链路部署。因为传输媒介是大气，所以无需挖管道，布设相对容易，机动灵活，运行成本低，免去了昂贵的光纤敷设与维护工作及费用，对市政建设影响也较小。

(4)空间光通信技术具有良好的通信安全性。与射频通信不同，空间光通信技术采用了点对点的通信模式，因而其具有高保密、抗干扰性强、抗截获能力强的特点，在军事领域中起到了越来越重要的作用。尽管将空间光通信技术应用于军事领域会受到一定的限制(大气、全天候、战场环境等),但将空间光通信和射频通信进行复合模式工作，已经成为未来军事通信的趋势。空间光通信技术远离电磁频谱，抗干扰能力强；它的发射机端发出的激光很窄，由于空间光通信波束发散角远小于微波通信，发散角小，定向性非常好，使得空间光通信受临近卫星干扰的可能性远小于微波通信。外来信号难以入侵，不易于被截获，抗截获能力强，保密性好。特别在军事通信中，为了防止信号被捕捉和干扰，要求波束的发散角尽可能小，相比微波通信，空间光通信更能满足这一要求。

(5)较小的发射功率需求。天线增益与波束发射角平方成反比，经过准直后的激光器，空间光通信的光束的发散角远小于微波通信的波束的发散角，所以空间光通信的天线增益远远大于微波通信，这将大大增加接收端的电磁波能量密度，在通信距离相同的情况下，有利于终端减轻重量、减少体积，降低功耗5。

(6)此外，空间光通信系统有着较小的收发射天线和系统结构。空间光通信的工作波长比微波通信的工作波长小3～5个量级，空间光通信系统的质量和体积相对更小。体积小，质量轻，功耗也较低。若充分考虑天气原因后，其可用性高，也更易于推广。

1.3空间光通信的发展历史间

马可尼和波波夫发明的无线电技术为微波通信奠定了基础，类似的，激光通信技术的开端也可以追溯到20世纪60年代激光器的发明。但是在之后的若干年，一方面由于低损耗光纤的发明，使得激光技术的研究和应用更多的集中在地面光纤通信领域，另一方面由于当时人类的航天活动还处于初步发展阶段，对空间数据通信的速率和容量尚未提出更高的要求，所以在六七十年代的空间光通信研究更多处于早期的理论研究层面。到了20世纪七八十年代，随着技术的进步和需求的提升，开始出现更为系统性的研究，并且研究内容也更多地倾向于具体的光通信器件、终端及系统设计上。从彼时起，空间光通信进入了快速发展的阶段，各种地面实验以及测试平台的研究得到广泛开展，并从20世纪90年代中期到21世纪初期进行了多次在轨实验。

纵观空间光通信的整个发展历史，可以将其划分为两个发展阶段：

第一阶段，地面技术积累阶段，从20世纪60年代到20世纪90年代。回溯1960年激光器刚刚发明时的历史，尽管当时人类的太空活动也才诞生不久，但科学家们立刻敏锐地意识到空间激光通信的应用潜力。如Lindgren在1970年就提出光纤通信存在的损耗问题，并指出NASA将在1973年和1974年发射两颗用于星间和星地光通信实验的同步卫星。后来的历史证明了Lindgren的想法有些过于乐观，人类直到90年代才开始光通信的在轨实验。这一方面归咎于航天活动本身的高成本、高复杂度和高风险性，另一方面也是由于相应的理论和技术研究还需要一个发展过程。

在第一阶段，光通信的相关研究主要包含以下几个方面：

1)激光器和探测器件的发明。从20世纪60年代开始，激光器和电荷耦合设备(CCD)等发明，为空间光通信提供了最基本的技术保障。

2)空间光通信基础理论和技术的进展。美、欧、日相继开展了空间光通信相关理论和技术的研究，包括数学模型的建立和大气信道影响研究等。

3)光通信终端研制以及地面检测技术研究。到20世纪八九十年代时，各国开始制定并实施自己的空间光通信计划。除了研制光通信终端，还开发了相应的地面测试平台，比如日本的OICETS计划采用的GOAL(Ground Optical Assistancefor LUCE)测试系统，以及欧空局(ESA)的SILEX计划采用的STB(System Test Bed)测试平台。

4)光学地面站的研究与建设。光学地面站的建设一方面为星地光通信提供了地面终端，另一方面也为星载终端提供了地面验证的机会。其中最为典型的是ESA位于西班牙加那利群岛的光学地面站(OGS)。它建立的最初目的是作为SILEX计划中高轨卫星ARTEMIS的地面测试终端，但在后来被广泛用于各种空间光通信终端的地面验证，并参与了多项国际合作计划。

第二阶段，在轨实验验证阶段，从20世纪90年代到本世纪初期，直至今天。

到了20世纪90年代中期，经过第一阶段的发展，空间光通信理论和技术都逐渐完备，并且完成了大量的地面验证实验。1995年前后，日本的高轨卫星ETS-VI携带的光通信终端(LCE)和美国喷气推进实验室(JPL)的地面站建立双向激光链路，完成世界首次星地激光通信，从此拉开了光通信在轨实验的序幕。空间

光通信发展进入第二阶段，多个国家的研究机构在此后进行了众多的在轨实验。

1.4空间光通信的发展前景

空间光通信技术(FSO)具有广阔的市场和巨大的商业价值，具体表现在以下几方面：

(1)空间光通信技术可以提供大容量多媒体宽带网接入。

(2)空间光通信技术可以为大企业、大机关提供内部大容量宽带网。

(3)空间光通信技术可以为军事等重要部门提供宽带保密通信。

(4)空间光通信技术可以支持灾难抢救的应急系统。

空间光通信技术(FSO)在当今社会中有着非常好的发展动力。原因如下：首先当今社会消费者对网速和带宽的要求越来越高，人们都在追求更快的网速和更宽的带宽。其次是消费者对无线技术也有着很高的追求。从有线电话通信发展到无线电话通信我们可以看出，我们是不断朝着无线发展，朝着便捷的通信方式发展。最后是空间光通信具有其他通信方式所不具有的优势，比如安全性能比无线电波通信好，通信容量更大等等。因此，空间光通信技术(FSO)具有十分好的发展前景。

每一项新技术的出现都是伴随着优缺点，但空间光通信的优点更为明显，比如可以用于不便铺设光纤的地方和不适宜使用微波的地方；用户无法在短期内实现光纤接入，而他们却渴望享受宽带接人带来的便利的地方。结合我国现阶段宽带网络的实际情况一许多企业和机构都不具有光纤线路，但又有较高速率的通信需求，空间光通信不失为一种解决“最后—公里”接入的瓶颈问题的有效途径[3]。

无线光通信技术的出现大大拓宽了无线通信的工作频率范围，且隐蔽性强，安全系数高，为广泛应用于局域网互联等通信领域、提供了极大的便利条件。但在其应用过程中也会存在着许多的问题，这些问题的出现影响着无线光通信的发展，但尽管如此，无线光通信技术也发展越来越快，相信在不久的将来无线光通信将会产生巨大的效益[3]。

1.5空间光通信发展面临的问题

马可尼和波波夫发明的无线电技术为微波通信奠定了基础，类似的，激光通信技术的开端也可以追溯到20世纪60年代激光器的发明。但是在之后的若干年，一方面由于低损耗光纤的发明，使得激光技术的研究和应用更多的集中在地面光纤通信领域，另一方面由于当时人类的航天活动还处于初步发展阶段，对空间数据通信的速率和容量尚未提出更高的要求，所以在六七十年代的空间光通信研究更多处于早期的理论研究层面。到了20世纪七八十年代，随着技术的进步和需求的提升，开始出现更为系统性的研究，并且研究内容也更多地倾向于具体的光通信器件、终端及系统设计上。从彼时起，空间光通信进入了快速发展的阶段，各种地面实验以及测试平台的研究得到广泛开展，并从20世纪90年代中期到21世纪初期进行了多次在轨实验。

纵观空间光通信的整个发展历史，可以将其划分为两个发展阶段：

第一阶段，地面技术积累阶段，从20世纪60年代到20世纪90年代。回溯1960年激光器刚刚发明时的历史，尽管当时人类的太空活动也才诞生不久，但科学家们立刻敏锐地意识到空间激光通信的应用潜力。如Lindgren在1970年就提出光纤通信存在的损耗问题，并指出NASA将在1973年和1974年发射两颗用于星间和星地光通信实验的同步卫星。后来的历史证明了Lindgren的想法有些过于乐观，人类直到90年代才开始光通信的在轨实验。这一方面归咎于航天活动本身的高成本、高复杂度和高风险性，另一方面也是由于相应的理论和技术研究还需要一个发展过程。

在第一阶段，光通信的相关研究主要包含以下几个方面：

1)激光器和探测器件的发明。从20世纪60年代开始，激光器和电荷耦合设备(CCD)等发明，为空间光通信提供了最基本的技术保障。

2)空间光通信基础理论和技术的进展。美、欧、日相继开展了空间光通信相关理论和技术的研究，包括数学模型的建立和大气信道影响研究等。

3)光通信终端研制以及地面检测技术研究。到20世纪八九十年代时，各国开始制定并实施自己的空间光通信计划。除了研制光通信终端，还开发了相应的地面测试平台，比如日本的OICETS计划采用的GOAL(Ground Optical Assistancefor LUCE)测试系统，以及欧空局(ESA)的SILEX计划采用的STB(System Test Bed)测试平台。

4)光学地面站的研究与建设。光学地面站的建设一方面为星地光通信提供了地面终端，另一方面也为星载终端提供了地面验证的机会。其中最为典型的是ESA位于西班牙加那利群岛的光学地面站(OGS)。它建立的最初目的是作为SILEX计划中高轨卫星ARTEMIS的地面测试终端，但在后来被广泛用于各种空间光通信终端的地面验证，并参与了多项国际合作计划。

第二阶段，在轨实验验证阶段，从20世纪90年代到本世纪初期，直至今天。

到了20世纪90年代中期，经过第一阶段的发展，空间光通信理论和技术都逐渐完备，并且完成了大量的地面验证实验。1995年前后，日本的高轨卫星ETS-VI携带的光通信终端(LCE)和美国喷气推进实验室(JPL)的地面站建立双向激光链路，完成世界首次星地激光通信，从此拉开了光通信在轨实验的序幕。空间

光通信发展进入第二阶段，多个国家的研究机构在此后进行了众多的在轨实验。

1.4空间光通信的发展前景

空间光通信技术(FSO)具有广阔的市场和巨大的商业价值，具体表现在以下几方面：

(1)空间光通信技术可以提供大容量多媒体宽带网接入。

(2)空间光通信技术可以为大企业、大机关提供内部大容量宽带网。

(3)空间光通信技术可以为军事等重要部门提供宽带保密通信。

(4)空间光通信技术可以支持灾难抢救的应急系统。

空间光通信技术(FSO)在当今社会中有着非常好的发展动力。原因如下：首先当今社会消费者对网速和带宽的要求越来越高，人们都在追求更快的网速和更宽的带宽。其次是消费者对无线技术也有着很高的追求。从有线电话通信发展到无线电话通信我们可以看出，我们是不断朝着无线发展，朝着便捷的通信方式发展。最后是空间光通信具有其他通信方式所不具有的优势，比如安全性能比无线电波通信好，通信容量更大等等。因此，空间光通信技术(FSO)具有十分好的发展前景。

每一项新技术的出现都是伴随着优缺点，但空间光通信的优点更为明显，比如可以用于不便铺设光纤的地方和不适宜使用微波的地方；用户无法在短期内实现光纤接入，而他们却渴望享受宽带接人带来的便利的地方。结合我国现阶段宽带网络的实际情况一许多企业和机构都不具有光纤线路，但又有较高速率的通信需求，空间光通信不失为一种解决“最后—公里”接入的瓶颈问题的有效途径[3。

无线光通信技术的出现大大拓宽了无线通信的工作频率范围，且隐蔽性强，安全系数高，为广泛应用于局域网互联等通信领域、提供了极大的便利条件。但在其应用过程中也会存在着许多的问题，这些问题的出现影响着无线光通信的发展，但尽管如此，无线光通信技术也发展越来越快，相信在不久的将来无线光通信将会产生巨大的效益[3]。

1.5空间光通信发展面临的问题

近年来，随着半导体激光器和光电探测器技术的不断发展，空间光通信越来越引起人们的关注，得到了越来越广泛的应用。但由于无线光通信技术自身的局限性，在实际应用中还存在以下问题：

(1)空间光通信系统对环境的适应性差。空间光通信系统性能对天气非常敏感。晴天对空间光通信传输质量的影响较小，而雨、雪、雾等恶劣天气对传输质量的影响则很大。因为雨、雪、雾等恶劣的天气情况，会对空间光通信的光信号产生衰耗作用。在雨、雪、雾等恶劣天气中，大气衰减是影响无线光通信最大的因素。据测试，空间光通信技术(FSO)受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、雾，50-300db/km。国外针对大气传输特性已作了许多研究，已取得重大进展，所推出的产品声称具有全天候通信能力。国外为解决这个难题，一般会采用更高功率的激光器二极管、更先进的光学器件和多光束来解决[7]。

(2)传输距离与信号质量的矛盾突出。空间光通信传输距离越大，光束就会越宽，接收端收到的光信号质量越差。激光链路受光束发散角、强太阳背景噪声以及大气信道对于信号的吸收散射等因素的影响，在经过长距离空间传输后其能量大幅衰减且信号质量劣化严重[8。为了解决这个问题，需要考虑在空间激光通信网络中继节点处进行再生处理，对信号进行放大及再生，才能满足下一节点的高性能数据传输。例如，全光相位再生技术可实现相位调制信号的全光相位再生，能够有效提升空间相干激光通信系统的性能，可以应用于空间高速激光通信网络中继节点处的全光数据中继等方向191。

(3)收发端对准问题。无线光通信是一种视距宽带通信技术，发射机与接收机之间需要严格的视距传输条件才能实现通信。在城市内，由于建筑物的阻隔、晃动将影响收发两点之间的激光对准。例如，当通信设备安装在高楼的顶部时，在风力的作用下设备会发生摆动，从而造成光路的偏移。目前，偏关法和动态跟踪法可以解决这一问题3。

(4)激光的安全问题。激光束的安全性是无线光通信系统必须考虑的问题。光信号发射功率必须限制在保证人类眼睛安全的功率范围内，这也限制了无线光通信的通信距离。

1.6空间光通信的应用

空间光通信技术主要应用以下几个方面：

(1)在原带宽不足或者有线接入条件不允许的情况下，提供高速有效的接入方案。空间光通信技术(FSO)技术可以省去城市内埋设线路的麻烦，从而快速地在楼房之间实现宽带数字通信，也能够在不方便铺设光缆的区域内，或者无法架设桥梁的河流两岸之间完成宽带数据通信传输[2。

(2)应急备用方案。在通信链路越过高速公路、河流、峡谷或拥挤的城区以及灾难恢复时，由于地理条件的制约无法铺设光纤线路时，采用空间光通信技术(FSO)技术就可以快速解决。美国在“9.11”事件部分地区遭遇袭击后，就大量使用无线光通信技术进行高效的应急通信工作[2]。

(3)光纤网络的备份。现如今很多电信运营商都使用两条光纤连接来确保所创建的商业应用网络的安全。现在，电信运营商可以直接选择空间光通信系统作为备份光纤网络的冗余链路，以期达到节约开销的目的2]。

(4)军事上的应用。世界上各个大国尤其是军事大国，无不在追求可靠和保密性强的通信。因为军事上的通信的保密性是否良好对该国的安全有举足重轻的影响，甚至会影响国家的兴衰和民族的存亡。而空间光通信技术因具有良好的保密性在军事上得到了广泛的应用。如在指挥单元之间的通信；战场通信迅速恢复；复杂地形通信；战斗单元机动协同通信；核潜艇的指挥通信等方面都运用到了空间光通信技术(FSO)Ⅲ]。

(5)“最后—公里”的接入。空间光通信可以解决综合业务接入的“最后—公里”接入的问题，提高用户接入端的传输容量和速度，能够较好地满足电信网、有线电视网和IP网三网合一对带宽的要求[3]。

(6)企业内部网互联。空间光通信提供了临近局域网之间互连互通的选择方案，不仅可以解决局域网内用户接入的高速传输问题，还可方便地实现局域网之间的连接，形成更大范围的城域网和广域网[。

(7)快速开通业务。无线光通信网络建设迅速、操作简单、灵活性强，可在应急场合快速开通业务，也可作为大型临时活动的通信解决方案[3。

1.7空间光通信的关键技术[10]

空间激光通信系统是涉及控制学、材料学、动力学、空间科学以及信息处理、结构设计等多学科多门类的复杂系统，发展空间激光通信必须注重关键技术的研究和发展。

(1)高灵敏度低误码探测技术

高灵敏度探测技术对激光通信距离、环境、通信质量有着重要影响，高灵敏度探测器接收端关键技术器件。接收端低误码探测技术还包括自动增益控制、浮动阀值选取、单光子探测、阵列接收、偏振补偿、光学相位保持和匹配等重要技术。

(2)精密可靠高增益的收发光学天线

为满足双向互逆跟踪与通信，空间激光通信系统终端均采用收发一体光学天线，由隔离度100%的精密光机组件构成，同时为了满足空间平台载荷要求光学天线中主副镜，合束、分束滤光片总体结构紧凑、重量轻、可靠性高。还涉及接近衍射极限的光学系统设计技术，多光轴一致性装调技术和光学平台轻小型化设计。特别是用于深空远距离激光通信接收端的大口径高质量光学系统的设计。

(3)高精度动态捕获、对准和跟踪技术

高精度捕获对准跟踪是与空间飞行器建立激光链路的前提，整个过程一般分为捕获粗跟踪和对准精跟踪，解决方法主要采用光栅螺旋扫描的高概率快速捕获技术和速度与振动的补偿技术。由于激光发散角小，同时搜索目标区域较大，导致搜索捕获时间长。对准精跟踪时由于跟踪光束发散角小，平台振动、相对运动影响较大。解决方法主要是采用高帧频相机和亚像元细分检测技术实现精跟踪精度，同时采用数字控制技术提高系统的鲁棒性。

(4)高性能高可靠长寿命光电器件技术

光电器件的性能直接决定着激光通信系统的性能，如高速率、高功率、窄线宽激光器是实现高速率、高可靠通信的重要技术，一般分为内调制发射和外调制发射。我国的高性能光电器件技术比较滞后，特别是窄线宽相干光源、高性能光子探测性、CCD等关键器件，同时要有较好的空间环境适应能力，主要是指空间粒子辐射、背景光辐射、大温差环境，在空间环境下器件要有较好的稳定性、可靠性。

(5)星间激光链路组网拓扑结构与多址接入技术

星间激光通信组网设计的目的是覆盖大范围区域，能满足大区域用户需求，可将空间分为GEO、LEO、临近空间和近地大气层四个部分，由此空间网络可以分为天基卫星组网、平流层飞行器组网、近地大气层组网。由于天基卫星有不同

的轨道高度，天基卫星组网的物理拓扑结构可分为同轨道卫星间的组网和不同轨道平台间的组网，同轨道间卫星相对指向固定，不同轨道间的卫星指向是动态变化的，因此适应不同指向的自适应收发天线是关键。星间激光通信网络可以采用波分复用技术实现干线级复用。为了减小星间通信多点接入的相互干扰，可以采用OCDMA技术，所有用户都可以灵活的接入，而不需要定时装置和光电转换，因此构造高性能的地址码非常关键。

(6)高调制速率多调制方式的逆向调制器

逆向调制技术已经成为热点研究领域，具有广泛的应用前景，但是逆向调制器技术是制约逆向调制激光通信发展应用的关键。目前国内逆向调制器主要是机械式强度调制，调制比和调制速率低，严重制约的逆向调制激光通信技术的发展应用，因此发展高调制速率多调制方式的逆向调制器十分重要。

1.8空间光通信的结构

空间光通信系统可分为七大功能模块：光发射模块、光接收模块、光接口模块、快速以太网模块、光学天线模块、ATP模块和系统控制模块。光通信系统功能模块结构图如下图所示。

空间光通信系统可分为若干个子系统，包括信号子系统、光学天线平台、ATP子系统等。其中，信号子系统包括调制器、信号光源、 光电检测、接收机等，负责光信号的产生和还原；光学天线平台包括光学收发天线、精瞄跟踪装置、粗瞄跟踪装置及合/分束器，负责实现激光光束的发送和接收；ATP子系统包括信标信号、信号光源、误差检测、误差信号处理、控制计算机、伺服机械、粗瞄/精瞄跟踪装置等，负责激光光束的精确指向及跟踪151。

(1)光发射模块。光发射模块的作用是将电信号通过光发射模块转换成光信号传输出去。一般由输入缓冲级、驱动器、光发射器件和APC电路构成。其中，光发射器件是光发射模块的核心，一般采用高功率、高效率的半导体激光器或垂直强面发射激光器。APC电路是自动功率控制电路，通过APC电路使得系统的功率达到一个稳定值。

(2)光接收模块。光接收模块的作用于光发射模块互补，是从接收到的光信号中的电信号提取出来，通过光接收模块将光信号转换成电信号。光接收机分为前端、线性通道和时钟提取数据再生三部分。其中的关键器件是光检测器件，光检测器和前置放大器一起构成光接收机的前端，前端是决定光接收机性能的主要因素。其中，光检测器件一般采用PIN光电二极管或具有内增益效应的雪崩光电二极管(APD)。PIN光电二极管具有良好的光电转换线性度，不需要高的工作电压，响应速度快，因此，从简化接收机电路考虑，一般多选用PIN光电二极管。而若要求接收机的灵敏度特别高时，则采用APD光电二极管。APD光电二极管具有很高的灵敏度，可以更精准地接收来自发射端的光信号，但同时由于雪崩倍增效应会产生过剩噪声，因此要适当的控制雪崩增益，需要高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。前置放大器的作用则是最大限度地减少噪声对系统的影响。

(3)光接口模块。光接口模块分为接收部分和发射部分，用于实现自身的空间

光通信系统与其他光通信系统接口设备之间的连接。将接收其他接口设备传输来的光信号转换为电信号，再经过放大缓冲后，送入自身空间光通信系统的发射模块中，将电信号转换成光信号后发送到其他的标准的光接口设备中去，从而实现光的再生与中继。

(4)快速以太网模块。快速以太网模块是实现本机与以太网之间的连接。通过该模块将以太网传输来的信号转换为适合本机发射的信号并发射出去，或把光接收机接收回来的信号转换成适合以太网的信号并送到以太网的光接口中。

(5)光学天线模块。光学天线分为光发射天线和光接收天线。光发射天线将半导体激光器发射出的激光的发散角进一步压缩，准直成发散角只有毫弧度数量级的非常窄的激光束发射出去；光接收天线用于收集接收到的光信号并汇聚到光接收机中。

(6)ATP模块。ATP模块是由捕获、跟踪、对准(Acquisition、TrackingandPointing,、ATP)三个子系统构成，是决定整个空间光通信系统性能好坏的。ATP系统的功能是实现空间激光通信终端设备之间的精确对准，以此来完成终端设备之间的锁定和跟踪，在双方链路之间建立通信。在瞄准的过程中，捕获的时间越小，通信链路就可以很快的连接；在跟踪的过程中，跟踪的精度越高，两端的通信就可以长久的保持。ATP子系统的作用是在接收端探测发射端发出的信标光，并对其进行捕获、跟踪，然后返回一信标光到发射端，借以完成点对点的锁定，在两端间建立通信链接。然后，双方用通信光束开始传输数据，实现通信[11]。在整个通信过程中，这一传输链接需要始终存在并且要保持。如果因为某种情况或者意外导致传输连接的不稳定或断开，这就需要ATP系统尽快重新进行捕获、跟踪和瞄准[12]。

(7)系统控制模块。系统控制模块是用于实时监测系统工作状态和进行系统管理，控制系统能够良好的工作。

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为光通信系统锻造“强大心脏”！厦门优迅中低速率芯片市场占有率稳居全球前三

来源：【厦门日报】

【声音】

探索跨界合作 研发前沿技术

厦门优迅高速芯片有限公司董事、常务副总经理柯腾隆：新质生产力不仅体现在传统产业的转型升级上，更多是体现在新兴产业和前沿科技领域的快速发展。在此发展过程中，特点是创新，关键在质优，本质是先进生产力。我们计划继续深化技术创新，进一步加强与国内外高校、研究机构的合作，共同进行前沿技术的研发和应用，特别是在汽车电子等领域，同时探索更多跨界合作的可能性，以此加快发展新质生产力，提升在全球半导体行业中的竞争力，为推动行业的现代化和技术进步做出重要贡献。

【数据】

优迅科研场所面积超3000平方米，配置高端产品开发所需的研发测试设备及软件价值超1亿元。获评国家专精特新“小巨人”企业、国家制造业单项冠军、福建省新型研发机构等。自成立以来，芯片产品累计出货量超过15亿颗。

厦门日报记者吴君宁（左一）深入实验室采访优迅副总经理林智（左二）。

几名实验人员手握热风枪吹焊芯片，对芯片模块进行手工调整；不远处，几颗芯片正在温差达100℃的温湿试验箱中经受“烤验”……这里是厦门优迅高速芯片有限公司（以下简称“优迅”）的实验室，从这里诞生的光通信芯片，是光纤网络、5G基站等各种传输系统的“强大心脏”。

“光通信芯片用光信号代替电信号，在不改变计算机软件二进制计算原理的前提下，实现了极高的计算频率增长。”优迅副总经理林智告诉记者，随着通信、AI等产业的发展，算力需求井喷，今年一季度，企业芯片产品订单量激增，同比去年增长40%。“这是一个很好的开端。”他说。

搭建光通信“超高速车道”

实验室里，一名科研人员正在对一颗高速光收发芯片进行性能测试。这颗“貌不惊人”的芯片，是5G前传/中传、光接入网、数据中心的核心关键部件，它犹如一位“翻译”，为光子与电子间信息转换架起“桥梁”。

“作为科技创新行业的算力底座，芯片可以称得上是新质生产力的先锋队。”林智说，现如今，人工智能、脑机接口、新型显示、智能制造等新技术不断涌现，彰显着新质生产力无可比拟的巨大潜能。而这些新技术新业态的背后，都离不开高端芯片。

“我们公司研发的光通信前端高速驱动芯片，可以适用于光传输模组，实现全光网络互联。”林智解释道，优迅的芯片就像搭建起一个光通信的“超高速车道”，是无线通信、宽带接入、数据中心、城域骨干传输等领域的关键核心。

光通信就像用光“打电话”，先把信息转换为光信号，通过光纤进行传输，再将光信号转换为电信号进行解码。这使得“光纤到家”升级为“光纤到房间”成为现实，千兆级速率的网络正逐渐覆盖生产生活各个角落。这些光通信芯片不断推动高速率低时延的高速光网络发展，助力人们在数字化时代实现更高效便捷的交流。

做细分领域的“单打冠军”

作为整个光通信系统的“心脏”，光通信芯片占据了技术和价值的制高点。“这就像给只有人行道的城市，装上车行道、地铁和高架桥，我们追求承载更高带宽、更大速率的数据传输。”林智所理解的新质生产力，就是瞄准理论的新突破、技术的新拐点，打造发展新动能。

20多年前，优迅创始人柯炳粦就意识到，中国需要自己的芯片，优迅继而成为国内最早投身光通信前端高速收发芯片的设计公司之一。多年来，优迅在光通信芯片细分领域内不断积累突破，自成立以来，芯片产品累计出货量超过15亿颗。

大小如头发丝粗细的一颗芯片上，按照一定规律集成了四十多层晶圆结构、上百万门晶体管——设计芯片，好比在微观世界里搭建一座结构复杂的城市。近百名设计经验丰富、技术一流的高精尖人才，是这些“城市”的“建设者”。每年，优迅以测试设备和人才为核心的研发投入，占营收比均超过20%。

一朵朵“光之芯”次第绽放。目前，优迅产品涵盖了速率1.25G至400G的光通信前端核心收发电芯片，在中低速率传输的细分赛道上市场占有率稳居全球前三，逐步成为具有齐全中高端产品线、完整解决方案的行业领军企业。

“我们正加紧研发800G速率的光芯片。”林智表示，优迅持续加快芯片迭代速度，在技术层面施行“N+2代”的策略，即“研发一代、储备一代”，赋予产品更高附加值。未来，5G通信、物联网、激光雷达、车载光通信等领域都将见到优迅高性能芯片的身影。

（文/厦门日报记者 吴君宁 图/厦门日报记者 卢剑豪）

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