摘要：隨著信息化社會的到來，通信技術也得到了日新月異的發展。在過去的幾年中，人們對傳輸速率的要求越來越高，使用高速率數據傳輸的用戶數量每年都在遞增，光纖通信因為能傳輸高速率的數據，成為廣域通信網的骨干網絡，如今在廣域通信網中80%以上的信息是通過光纖傳輸的。但是從光纖骨干網到用戶之間的"最后一英里"，如果鋪設光纜，不僅花費大而且耗時；許多無線通信技術可以解決"最后一英里"的問題，但是這些技術需要向無線電管理委員會申請頻率執照，不僅要使用戶支付大量的頻率占用費，而且申請也要花費數月的時間。

關鍵詞：無線光通信技術 高速率數據傳輸 系統構成

　　隨著信息化社會的到來，通信技術也得到了日新月異的發展。在過去的幾年中，人們對傳輸速率的要求越來越高，使用高速率數據傳輸的用戶數量每年都在遞增，光纖通信因為能傳輸高速率的數據，成為廣域通信網的骨干網絡，如今在廣域通信網中80%以上的信息是通過光纖傳輸的。但是從光纖骨干網到用戶之間的"最后一英里"，如果鋪設光纜，不僅花費大而且耗時；許多無線通信技術可以解決"最后一英里"的問題，但是這些技術需要向無線電管理委員會申請頻率執照，不僅要使用戶支付大量的頻率占用費，而且申請也要花費數月的時間。

　　無線光通信因為無需頻率申請，機型小方便架設，能夠簡單的解決最后一英里的問題，為寬帶接入的快速部署提供一種靈活的解決方案。

　　無線光通信可在以下一些范圍發揮重要作用：
　　·可以作為預防服務中斷的光纖通信和微波通信的備份；
　　·可以應用于移動通信基站間的互連，無線基站數據回傳；
　　·應用于近距離高速網的建設以及最后一英里接入；
　　·不宜布線或是布線成本高、施工難度大、經市政部門審批困難的地方；
　　·在軍事設施或其他要害部門需要嚴格保密的場合；
　　·用于企業內部網互連和數據傳輸。

　　1 無線光通信系統的構成

　　無線光通信系統是以大氣作為傳輸媒質來進行光信號的傳送的。只要在收發兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發射功率，就可以進行通信。

　　一個無線光通信系統包括三個基本部分：發射機、信道和接收機。在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發射機和光接收機，可以實現全雙工的通信。系統所用的基本技術是光電轉換。光發射機的光源受到電信號的調制，通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠鏡；在接收機中，望遠鏡收集接收到光信號并將它聚焦在光電檢測器中，光電檢測器將光信號轉換成電信號。由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段窗口。對基于FSO的系統來說，最常用的光學波長是近紅外光譜中的850 nm；還有一些基于FSO的系統使用1500 nm的波長，可以支持更大的系統功率。

　　2 無線光通信系統的特點和優勢

　　2.1 頻帶寬，速率高
　　從理論上講，FSO的傳輸帶寬與光纖通信的傳輸帶寬相同，只是光纖通信中的光信號在光纖介質中傳輸，而FSO的光信號在空氣介質中傳輸。FSO產品目前最高速率可達2.5 Gbit/s，最遠可傳送4 km。

　　2.2 頻譜資源豐富
　　與微波技術相比，FSO設備多采用紅外光傳輸，有相當豐富的頻譜資源，不需要申請頻率執照，也不需要交納頻率占用費，這是一般微波通信和無線通信無法比擬的。

　　2.3 適用任何通信協議
　　適用于任何環境，不依賴某種協議。現在通信網絡常用的SDH、ATM、以太網、快速以太網等都能通過，并可支持2.5 Gbit/s的傳輸速率，用于傳輸數據、聲音和影像等各種信息。

　　2.4 架設靈活便捷
　　FSO可以直接架設在屋頂，以及在江河湖海上進行通信，可以完成地對空、空對空等多種光纖通信無法完成的通信任務，而且無需埋設光纖，可以在幾小時內建立起通信鏈路，方便快捷，大大縮短了施工周期。

　　2.5 安全可靠
　　無線光通信的安全性是非常顯著的，由于光通信具有非常好的方向性和非常窄的波束，因此竊聽和人為干擾幾乎是不可能的。

　　2.6 經濟
　　光纖網絡的成本通常很高，鋪設過程耗時，而且投資不可撤回，而無線光通信技術可以在城域光網之外提供高帶寬連接，而成本只有在地下埋設光纜的五分之一。

3 無線光通信系統存在的問題

　　FSO是一種視距寬帶通信技術，發射機與接收機之間需要嚴格的視線傳播，當通信設備安裝在高樓的頂部時，在風力的作用下建筑物會發生擺動，這樣便會影響激光器的對準。由于大樓結構中某些部分的熱脹或輕微的地震等原因，有時也會導致發射機和接收機無法對準。

　　惡劣的天氣情況，會對傳播信號產生衰耗。空氣中的散射粒子，會使光線在空間、時間和角度上產生偏差。大氣中粒子還會吸收激光的能量，衰減信號的發射功率。

　　傳輸距離與信號質量的矛盾非常突出，傳輸距離越大，光束就會越寬，接收的光信號質量越差。

　　激光的安全問題必須考慮。發射功率必須限制在保證眼睛安全的功率范圍內。

　　4 國外研究現狀

　　在FSO領域，國外已經開始了將近10年的研究，但是FSO產品真正投入使用也就是最近幾年的事情。在FSO這個領域里，國外幾個大的FSO廠家，包括LightPointe、AirFiber、Canon、Terabeam。

　　LightPointe將自由空間光學技術用于創造、設計和制造電信公司等級的光傳輸設備，向電信服務商提供比傳統光纜傳輸速度更快、成本更低的高速通訊解決方案。LightPointe的系統以超快的帶寬速度提供安全可靠的無線傳輸，速度最高可達2.5 Gbit/s，產品適應性強，可解決城市地區的連接問題。

　　AirFiber位于美國加洲San Diego，主要服務于大城市大樓寬帶接入。它的產品稱為OptiMesh，網絡結構為網眼狀拓撲結構，冗余備份短距離622 Mbit/s無線光傳輸系統。

　　Canon主要產品有：Canobeam DT-50，速率從25 Mbit/s到622 Mbit/s，可連接 FastEthernnet、FDDI、ATM。特點是具有自動跟蹤系統，調整探測器件的位置以檢測激光束的光軸，所以不因建筑物的擺動而使傳輸中斷。同時，鏡頭自動跟蹤特性增加傳輸距離達2 km。Canobeam III：數據速率達到622 Mbit/s，有不同的網絡接口，如ATM、FDDI、Fast Ethernet，并可選擇SNMP 的TCP/IP。

　　TeraBeam Internet Systems產品是基于IP 的無光纖點到多點網絡，發送和接收機，固定在辦公室窗戶上小衛星碟。這些衛星碟型天線的波束與安裝在樓內的基站相連。

　　5 國內研究現狀

　　目前在中國，無線光纖技術基本處于起步階段，有幾家公司在實驗室作出了樣機，但是沒有規模性的生產，主要原因有FSO本身的可靠性問題，一些人對FSO技術存有一定程度的誤解和疑慮；還有一些用戶對FSO技術了解不多。

　　桂林三十四所、清華同方有限公司、中科院成都光電技術研究所、深圳飛通有限公司、上海光機所等幾家單位，有比較成熟的樣機。

　　桂林三十四所產品的主要性能參數有以下一些，傳輸速率：8 Mbit/s，34 Mbit/s，155 Mbit/s；工作波長：850 nm；通信距離：1~4 km；光發射功率：小于40 mW。

　　清華同方推出了面向未來的無線光鏈路的自由空間通信產品OWLink E100。清華同方在快速追蹤系統具有自動校準功能獲得了專利，其產品還遵循眼睛安全標準。

　　中科院成都光電技術研究所，開發的產品主要性能參數有傳輸速率:10 Mbit/s；工作波長：850 nm；通信距離：1~4 km；發射功率：3~30 mW。

　　上海光機所承擔的"無線激光通信系統"具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能。其傳輸速率可以達到622 Mbit/s，通信距離可以達到2 km。自動跟蹤系統采用雙波長同光路接收鏡筒和高靈敏度位敏探測器，實現靈敏的伺服跟蹤。

　　深圳飛通有限公司開發出的樣機，其速率有155 Mbit/s、622 Mbit/s以及1.25 Gbit/s幾種，通信距離最遠可達4 km。

　　6 FSO研究的發展趨勢

　　FSO目前存在的問題主要集中在下面幾個方面：針對大樓擺動的瞄準問題；大氣中粒子對光線的散射、吸收問題；提高傳輸速率問題。這些問題影響了傳輸的可靠性，所以對這些問題的研究成為FSO的發展方向。

　　6.1 發射、接收的瞄準的研究
　　在大風中或因地震引起大樓的擺動，發射機發送的光信號對不準接收機，產生的誤差大，甚至通信無法實現。目前的研究方向在于提高激光的瞄準，怎樣利用非機械裝置來實現精確的對準和快速瞄準；在接收機方面，散射光線也帶有信息，接收散射光線越多，接收的信號能量越大，但同時接收的噪聲也越大，所以盡量提高接收機接收信號總功率，又不能降低信噪比成為研究目標。

　　6.2 減小大氣對通信的影響
　　在不同的環境中不同波長的光線會有不同的傳播特性，這些不同的特性導致了在不同環境下，不同波長的光線會有不同的吸收窗口、不同的散射函數以及不同的折射率，需要尋求一種最優波長，在通信鏈路中找出波長與性能的最優組合。

　　6.3 傳輸速率的提高
　　FSO相對于其他接入設備最大的優勢之一就是帶寬。現在FSO產品的速率從2 Mbit/s開始，形成多個系列，比較典型的有10 Mbit/s、100 Mbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s。有的公司采用波分復用技術，速率可以達到2.5 Gbit/s、10 Gbit/s。

　　綜上所述， FSO的發展方向是解決大樓的抖動引起的對不準問題、大氣微粒的散射問題、大氣湍流影響通信問題，提高系統可靠性，在此基礎上提高傳輸速率，使FSO發揮最大優勢。

　　7 結束語

　　無線光通信已經成為現實，它是連接寬帶網的一種快捷方法。文中詳細地介紹了國內外目前對FSO的研究以及研究成果，分析了目前存在的問題， 如果這些問題能得到解決，那么必能發揮FSO的最大潛能和優勢。隨著無線光通信技術的不斷完善，它一定可以得到廣泛的應用。