远距离自由空间光学(FSO)通信系统面临的最大挑战是在大气湍流影响下信号传输会造成光强度衰减/波动, 导致通信链路中断。文中提出了一种基于通信系统接收功率的对数正态统计来计算由湍流引起的通信链路损耗的方法, 可评估指导FSO通信系统中的系统参数。文中模拟了不同强度湍流影响, 接收终端口径为2 cm、20 cm条件下, 850 nm、1 550 nm波长的光通信链路损耗与传输距离的关系。然后利用模拟分析结果设计了一个接收口径为20 cm的FSO通信系统, 在强湍流条件下完成~2 km距离传输高清图像和视频。 FSO通信系统的传输速率为1 Gpbs, 与4 G网络相比, 可以满足大量无压缩数据流传输的清晰度和实时性。

为分析高空紫外光通信性能, 建立了高空太阳辐射分布模型; 研究了不同波长紫外光的高空散射系数和吸收系数; 考虑太阳辐射的背景光和接收端散粒噪声, 对紫外光直视与非直视链路的损耗和信噪比进行了仿真分析。结果表明: 在高空30km以下, 由太阳辐射产生的背景光远小于接收端散粒噪声; 在7km的高度上280nm的信号光可实现距离为5km、速率为10Mb/s的直视通信和距离1km、速率50kb/s、收发端仰角为20°的非直视通信。直视与非直视通信可以通过选择波长在“日盲区”两端的信号来减小臭氧对紫外光的吸收作用, 提高信噪比; 非直视通信还可以选择“日盲区”波长短的信号来增强散射效应, 改善通信性能。

针对不同海拔的大气散射区域对紫外激光单次散射链路的影响，综合考虑气压、温度及臭氧浓度三个因素，对紫外光单次散射链路模型进行了修正。在此基础上，首先计算紫外激光通信系统在0~28km高空范围内的链路损耗。其次，在链路损耗最小条件下，分析通信距离、通信终端仰角以及发散角三者的相互关系。结果表明，收发端设置在高空0~15km的链路损耗较低，15~21km的链路损耗剧增。发射端仰角和通信距离的增大分别导致链路损耗增加；损耗最小时，发射端仰角与发散角近似呈线性关系，通信距离对该关系无明显影响。

在光网络设计中,为了保证到每个光节点的信号电平相等,人们往往将分光比设计和计算得非常精准,但加工制作出来的光分路器,其分光比实际值和理论设计值总会有一定的偏差,文章通过定性与定量分析,研究了分光比偏差给光节点信号电平产生的影响,并给出了测定分光比实际值及其与设计值偏差的方法。