2.3.2 自由空间光通信系统的组成

一个完整的数字空间光通信系统包括电端机、线路编/解码、光调制/解调、自动功率控制、光学收/发天线等若干基础单元构成，远距离系统还需考虑激光束的自动跟瞄和自适应光学波前校正。数字空间光通信系统组成框图如图2-22所示。

①电端机：实现对信息的编码和还原。

②线路编/解码：实现纠错，减少大气信道不稳定性带来误码。

与长距离光纤通信（越洋通信）不同的是，空间光通信中误码主要表现为突发误码，即在一段时间内激光束传播受大气湍流影响或被移动物体短时遮挡，导致接收机误码率突然上升。

③光调制与解调：实现信号的电−光/光−电变换。

目前大多系统使用半导体激光器作为光源、PIN或APD作为光电检测器。从降低应用成本角度出发，空间光通信系统多采用IM/DD（强度调制/直接检测）方式，采用的编码方式多为开关键控、曼彻斯特编码和PPM等方式。空间光通信发送机中的激光器驱动、保护电路和接收机中的前放、主放、AGC电路，以及后续的时钟恢复、抽样判决等电路与光纤通信中的光端机电路并无大的不同。

④自动功率控制：自动调整发送光功率，降低对接收机AGC电路的动态范围要求。

激光束在大气中传播时，天气情况及大气中悬浮微粒的多少对光束传播损耗影响很大，当大气能见度从2km变化到500m时，对1550nm工作波长的激光束传输1km距离，大气衰减将从4.3dB变化到34dB。这意味着接收光功率有大约30dB的变化量。如果这样的接收光功率变化全部需要由接收机的主放AGC来吸收，则AGC需要有60dB的动态范围，事实上，较好的AGC电路动态范围也很难超过40dB，完全由AGC电路来吸收因大气状况不同而造成的接收光功率变化是不现实的。因此，在空间光通信端机中，通常应设置自动功率控制电路，在不同的大气衰减条件下，使系统能够正常工作。

⑤光学收/发天线：接收光学天线的任务是将一定面积内的信号光汇聚到光电检测器上，目的是增大接收光信号功率；发送光学天线的任务是压缩光束发散角，降低激光束在大气中传播时的发散损耗。