1 引言

　　干扰（或噪声），就是除有用信号以外的，一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称，由设备外部进来的称为干扰，由设备内部产生的称为噪声。干扰分为自然干扰和发射机的杂散信号、电源干扰等人为干扰。噪声分为固有噪声和人为（故障性）噪声两种。固有噪声主要是电子元器件与组件产生的热噪声、散弹（粒）噪声和闪烁噪声等，人为噪声主要是由电路或设备结构不良而产生的故障性电磁噪声，如感应噪声、接触噪声。在FSO中存在的干扰主要来自激光传输过程中的大气干扰和接收时的背景光干扰，存在的噪声主要来源于接收机中的各器件和电路，这些噪声和干扰会影响传输质量，因此，分析这些噪声和干扰的性质和影响因素，从而采取有效的解决方法具有十分重要的意义。在前人研究的基础上[1-4]，本文系统地分析了FSO的噪声和干扰的影响因素，给出了相应的解决方案，从而降低噪声和干扰，提高通信质量。

2 激光传输中的干扰及抑制

　　大气性质对激光束的传播有很大的影响，主要的影响有：大气分子及悬浮微粒对光束的吸收与散射，大气湍流运动对光束的扰动。前者主要导致光束能量的损失，后者引起光束的强度闪烁、光束漂移、扩展与抖动等现象。这些都将影响到信号传输的质量，必须采取一些措施进行抑制。

a) 激光的准直扩束

　　在发送端，对激光束进行准直扩束，增大激光束的束腰半径，则可以有效地压缩光束发散角，减少光束发散损耗，降低对光源的光发射功率要求；在接收端，将一定面积内的信号光汇聚到光检测器上，压缩接收视野减少背景光干扰，增大接收光信号功率。发射天线总是设计成接近衍射极限，这样可以得到最小的光斑，一般采用折射式系统。折射式光学天线的优点是成本较低，光无遮挡，加工球面透镜工艺成熟，通过光学设计易消除各种像差，且物镜组牢固稳定，长期使用不变形。

　　半导体激光器的垂直发散角和水平发散角 ∥不同，仅仅用单透镜系统进行准直，效率较低，同时准直效果也不大理想，准直后往往形成椭圆形，这样的光斑能量比较分散，传输时因光束发散造成的损耗大，解决的方法之一是另加一个柱面镜，仅对 进行压缩，可获得较理想的发射角；另一种方法是先将激光器的输出耦合入一段光纤中，通常耦合进一段多模光纤中，耦合效率可达30％～50％。光纤可打乱激光高斯分布的相位，使光束质量得以改善。

　　有些时候单一透镜系统进行扩束，达到最佳扩束时的焦距fopt会很大，此时可以采用透镜级联的方法可以解决这一问题，其原理就是在激光准直输出和物镜之间加一目镜，目镜对准直后的光束聚集以获得更小的光束束腰半径 。达到最佳扩束时的光束束腰半径即为天线半径，由公式1可得在 一定时， 的减小使得z值减小，从而可以达到对光束进行最佳扩束的目的。 
                          （1）

　　式中 为z点高斯光束的光斑半径， 为激光经准直后的束腰半径， 为激光的波长，z为透镜距光束束腰的距离。

b) 自适应光学技术[5]

　　抑制大气湍流的方法是增加接收天线的口径或数量，实现光束的分集接收，但这会增加FSO系统的复杂性；可以通过在接收电路中增加高通滤波器的方法，消除大气湍流产生的低频闪烁调制对激光信号接收的影响，而低频光束跳动角度对近距离FSO系统接收光功率的影响可以忽略；最好的解决方法是自适应光学（AO）技术的应用。自适应光学系统通常由三个基本单元构成，分别是波前探测单元、波前控制单元和波前校正单元，如图1所示。受大气湍流影响的失真波前光学天线接收，经分束器分束，大部分能力送至光检测器用于恢复信息，少部分能量送至波前误差传感器；波前误差传感是波前探测单元的主要部分，该单元用于检测广播波前的扰动信息，并送至波前控制单元；波前控制单元接收到波前扰动信息后，经处理转化为波前校正单元所需的控制信号；控制信号直接控制变形镜也就是波前校正单元各部分的形变，对失真波前进行补偿和校正。实践证明，自适应光学技术是一项有效的实用技术。在空间激光通信中，光学望远镜的实际分辨率会因某些影响而下降，采用自适应光学技术后可达到望远镜固有的最高分辨率。激光通信系统要求将激光能量有效地集中在光学望远镜上，但实际上激光光束到达望远镜前由于各种因素导致光束发散，自适应光学技术提供精确校正这些误差的手段，保证激光光束能量的有效集中。此外，自适应光学技术还可用于提高光学系统的跟踪精度、提高通信系统的光学质量、校正通信中的激光光束等。

图1 自适应光学系统的构成

c) 其它干扰与抑制

　　大气激光通信的环境有时是恶劣的，信道的信噪比很低，还将受到大气湍流、多径衰落等的影响，大气激光通信链路的误码问题较为严重，因此有必要使用线路编码实现前向纠错。与长距离光纤通信不同的是，大气激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的传播受到大气湍流影响和被移动物体短时遮挡，导致接收误码率突然上升。Turbo码技术是在低信噪比情况下的强大纠错工具。

　　在风力和其他因素的作用下，建筑物会有些轻微晃动，将影响两个点之间的激光对准，其最大值可达4mrad/2层楼。对大气激光通信系统来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准（捕获）和保持（跟踪）至关重要。解决的方法有两种：散光法和自动跟踪技术（APT）[6]。散光是让激光束以较大的发散角发送，在到达接收器时光束就会形成一个很大的光锥，这样即使发送光束对准角度有一定的偏差，接收机仍可接收到光信号，使得通信不会中断。散光法存在的问题是光束发散损耗较大，要求发送端拥有更大的发送光功率。自动跟踪系统可以保持光束对准，而无需经常校准，当光束方向有微小变化时，自动跟踪系统可随时调整接收器天线的方向。APT子系统实现了光束对准的闭环控制，对准误差小，因此在发送端可以减小光束发散角，因而也提高了接收光信号功率，缺点是成本较高。

　　此外，有时候天气情况比较恶劣，会使信号失真严重，但由于这种恶劣天气很少，采用开放的60GHz微波与FSO有机的结合可有效地解决恶劣天气造成的影响[7]。