中心議題：

• 探討光無線通信係統技術
• 光無線通信網的基本結構

解決方案：

• 以FSO作為一種寬帶接入方式

20世紀90年(nian)代(dai)後(hou)期(qi)
，全(quan)球(qiu)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)開(kai)始(shi)大(da)規(gui)模(mo)擴(kuo)容(rong)，先(xian)是(shi)廣(guang)域(yu)網(wang)的(de)不(bu)斷(duan)擴(kuo)展(zhan)，接(jie)著(zhe)是(shi)城(cheng)域(yu)網(wang)的(de)大(da)量(liang)建(jian)設(she)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，用(yong)戶(hu)內(nei)部(bu)的(de)局(ju)域(yu)網(wang)快(kuai)速(su)增(zeng)長(chang)。將這些高速的局域網連接到運營商的通信網絡
，必須依靠容量巨大的接入網絡。光纖雖能解決傳輸速率的問題，但鋪設的昂貴和耗時卻限製了它的發展。許多無線通信技術也能解決“最後一公裏”問題
，但存在頻率通道的擁擠以及申請困難和電磁輻射的安全問題，如何提供快速、低價、安全的寬帶接入，成為迫切需要解決的問題。

光guang的de無wu線xian寬kuan帶dai傳chuan輸shu是shi新xin近jin發fa展zhan的de接jie入ru方fang式shi，是shi光guang通tong信xin和he無wu線xian通tong信xin結jie合he的de產chan物wu，光guang無wu線xian通tong信xin技ji術shu隨sui著zhe激ji光guang器qi件jian的de工gong程cheng開kai發fa利li用yong而er日ri趨qu成cheng熟shu。它ta利li用yong高gao度du集ji中zhong的de光guang束shu穿chuan透tou大da氣qi空kong間jian作zuo為wei信xin息xi的de傳chuan輸shu載zai體ti
，而er不bu是shi通tong過guo光guang纖xian傳chuan送song信xin號hao。這zhe種zhong技ji術shu的de接jie入ru係xi統tong在zai組zu成cheng結jie構gou上shang與yu光guang纖xian傳chuan送song係xi統tong非fei常chang相xiang似si
，物wu理li組zu成cheng也ye是shi非fei常chang簡jian單dan的de
，用yong戶hu無wu需xu申shen請qing無wu線xian頻pin率lv，而er且qie起qi始shi投tou資zi低di，運yun營ying費fei用yong低di，能neng快kuai速su裝zhuang設she，可ke提ti供gong與yu光guang纖xian係xi統tong相xiang似si的de傳chuan送song帶dai寬kuan。由you於yu係xi統tong具ju有you傳chuan輸shu速su率lv快kuai、結構簡單、zuwanglinghuodengtedian

，zaikuajiangkuahedengbujubeiyouxianjierutiaojianhexukuaisuzujiantongxinwangluodechangheyouhengaodeshiyongjiazhi，yeshoudaoyuelaiyueduodianxinyunyingshangdeguanzhu

，yingyongfanweibuduankuoda。yishangyongdezheleixitong，rongliangcong100Mbit/s到2.5Gbit/s。也有一些試驗采用波分複用技術，達到160Gbit /s的速率。盡管受到氣象條件的限製，隻能在較短的距離內使用
，一般限於2km以下。但在許多場合下
，作為一種獨特的方式，光無線接入可以起到很好的作用，成為當前已有幾種寬帶接入方式很好的補充手段。

1 光無線通信網的基本結構和技術

光無線通信是一種視距傳輸技術
，其基礎是電-光和光-電的轉換，可以實現數據、影像和等的傳輸，以大氣作為媒質。實際上激光出現後最先研製的就是光無線通信係統。光無線通信的優點是傳輸距離遠
、信道容量大

、發射天線小、保bao密mi性xing好hao以yi及ji抗kang電dian磁ci幹gan擾rao等deng。除chu此ci以yi外wai
，光guang無wu線xian通tong信xin不bu需xu要yao許xu可ke執zhi照zhao，不bu需xu要yao鋪pu設she電dian纜lan

，不bu需xu要yao挖wa溝gou
，不bu需xu要yao租zu用yong線xian路lu，不bu需xu要yao頻pin譜pu規gui劃hua，建jian設she周zhou期qi短duan，對dui環huan境jing沒mei有you影ying響xiang。寬kuan帶dai光guang無wu線xian通tong信xin的de電dian子zi頻pin譜pu位wei於yu極ji高gao的de光guang頻pin段duan
，不bu存cun在zai微wei波bo等deng電dian磁ci幹gan擾rao。光guang無wu線xian通tong信xin因yin為wei這zhe些xie優you點dian，越yue來lai越yue受shou到dao關guan注zhu。

一個光無線通信係統構成如圖1所示
，包括三個部分：發射機、信(xin)道(dao)和(he)接(jie)收(shou)機(ji)。光(guang)發(fa)射(she)機(ji)的(de)光(guang)源(yuan)受(shou)到(dao)電(dian)信(xin)號(hao)的(de)調(tiao)製(zhi)，並(bing)通(tong)過(guo)作(zuo)為(wei)天(tian)線(xian)的(de)光(guang)學(xue)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)，將(jiang)光(guang)信(xin)號(hao)經(jing)過(guo)空(kong)間(jian)送(song)到(dao)接(jie)收(shou)端(duan)的(de)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)。高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)光(guang)接(jie)收(shou)機(ji)，將(jiang)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)收(shou)到(dao)的(de)光(guang)信(xin)號(hao)再(zai)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)信(xin)號(hao)，值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，發(fa)送(song)端(duan)和(he)接(jie)收(shou)端(duan)之(zhi)間(jian)，必(bi)須(xu)是(shi)互(hu)相(xiang)視(shi)線(xian)可(ke)見(jian)的(de)，兩(liang)終(zhong)端(duan)之(zhi)間(jian)不(bu)能(neng)有(you)阻(zu)擋(dang)。由(you)於(yu)大(da)氣(qi)空(kong)間(jian)對(dui)不(bu)同(tong)光(guang)波(bo)長(chang)信(xin)號(hao)的(de)透(tou)過(guo)率(lv)有(you)較(jiao)大(da)的(de)差(cha)別(bie)，可(ke)以(yi)選(xuan)用(yong)透(tou)過(guo)率(lv)較(jiao)好(hao)的(de)波(bo)段(duan)窗(chuang)口(kou)。光(guang)無(wu)線(xian)係(xi)統(tong)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)0.85μm或1.5μm紅外波段。0.85μm的設備相對便宜，一般應用在傳輸距離不太遠的場合。1.5μm的設備價格要高一些

，但在功率、傳輸距離和視覺安全方麵有更好的表現。 1.5μm的紅外光波大部分都被角膜吸收，照射不到視網膜

，因此，相關安全規定允許1.5μm波長設備的功率可以比0.85μm的設備高2個等級

，1.5μm波長的光無線通信具有更廣闊的使用前景。
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光無線通信網按照組網的結構來說。可組成點對點、星形(點到多點)和格形(網狀網)三san種zhong結jie構gou。點dian到dao點dian結jie構gou是shi最zui簡jian單dan的de網wang絡luo拓tuo撲pu，目mu前qian已yi使shi用yong的de係xi統tong多duo數shu采cai用yong此ci結jie構gou

，其qi原yuan因yin是shi大da多duo數shu係xi統tong隻zhi是shi用yong來lai連lian接jie企qi業ye內nei部bu的de各ge幢zhuang大da樓lou，作zuo為wei高gao帶dai寬kuan的de專zhuan線xian連lian接jie。點dian到dao點dian結jie構gou的de優you點dian是shi獨du立li的de鏈lian路lu，網wang絡luo規gui劃hua簡jian單dan；其缺點也很多，例如不能低成本有效地進行擴展；光鏈路沒有任何保護，有一個點出故障，鏈路就中斷。它不適合電信級係統。

星形(點到多點)結構的優點是可以把業務集中到一點(集線器或中心節點)再接入核心網，效率較高、比較經濟；其缺點是能提供的帶寬較少
，每條鏈路仍無冗餘保護
，可靠性較差。為了在視距內連接盡可能多的大樓
，集線器的位置非常關鍵。

格形(網狀網)jiegoudezhuyaoyoudianshitongguoduogewangluojiediankeyitigongjihushishideyuhuilianlu
，shifuwudedaobaohu，jijuyoufuwuhuifuhuofuwurongyududetedian。wangzhuangwangjiegouhaikeyibayewujizhongdaomouxietedingdian：再有效地接入網絡，比較符合電信級的要求。其缺點是傳輸距離短、成本高(每幢大樓有多條鏈路)，網絡規劃複雜。

2 光無線通信存在的主要問題及解決方案

盡管光無線通信有許多優點，但也存在以下幾個問題。

FSO(自由空間光通信) 是shi一yi種zhong視shi距ju寬kuan帶dai通tong信xin技ji術shu
，傳chuan輸shu距ju離li與yu信xin號hao質zhi量liang的de矛mao盾dun非fei常chang突tu出chu，當dang傳chuan輸shu超chao過guo一yi定ding距ju離li時shi波bo束shu就jiu會hui變bian寬kuan導dao致zhi難nan以yi被bei接jie收shou點dian正zheng確que接jie收shou。目mu前qian，在zai1km以下才能獲得最佳的效果和質量，最遠隻能達到4km。多種因素影響其達不到99.999%的穩定性。為解決這個難題
，一般會采用更高功率的激光器二極管、更先進的光學器件和多光束來解決。

對天氣非常敏感是FSO的另一個主要問題。晴天對FSO傳輸質量的影響最小
，而雨、雪和霧的影響較大。據測試
，FSO 受天氣影響的衰減經驗值分別為：晴天
，5～15dB/km
；雨天，20～50dB/km；雪天
，50-150dB/km
；霧天
，50～300dB/km。可ke見jian影ying響xiang最zui大da的de是shi霧wu天tian
，這zhe是shi因yin為wei霧wu中zhong的de散san射she粒li子zi的de半ban徑jing與yu激ji光guang的de波bo長chang在zai同tong一yi數shu量liang級ji上shang，而er且qie散san射she粒li子zi非fei常chang集ji中zhong，從cong而er使shi光guang線xian的de傳chuan播bo方fang向xiang發fa生sheng偏pian轉zhuan，造zao成cheng空kong間jian、角度和時間上的擴展
，如圖2。對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)大(da)氣(qi)現(xian)象(xiang)處(chu)理(li)的(de)方(fang)式(shi)
，與(yu)微(wei)波(bo)通(tong)信(xin)中(zhong)對(dui)待(dai)雨(yu)衰(shuai)相(xiang)似(si)。要(yao)在(zai)係(xi)統(tong)傳(chuan)輸(shu)的(de)計(ji)算(suan)中(zhong)，為(wei)光(guang)信(xin)號(hao)的(de)衰(shuai)減(jian)留(liu)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)餘(yu)量(liang)，以(yi)便(bian)在(zai)出(chu)現(xian)濃(nong)霧(wu)最(zui)大(da)衰(shuai)減(jian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，仍(reng)能(neng)接(jie)收(shou)到(dao)所(suo)需(xu)的(de)光(guang)信(xin)號(hao)功(gong)率(lv)。重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，要(yao)獲(huo)得(de)所(suo)在(zai)地(di)長(chang)期(qi)的(de)氣(qi)象(xiang)統(tong)計(ji)資(zi)料(liao)，能(neng)夠(gou)知(zhi)道(dao)不(bu)同(tong)等(deng)級(ji)(能見度)dewu，jibutongshuaijiandedaqijiezhichuxiandetongjiguilv。ruguolejiedaoshuaijianzhidayumouyizhibiaochuxiandegailv，jiunengquedingguangwuxianxitongweilebaozhengkeyongxingdezhibiao(比如99.9%)，需要容納多大的大氣損耗。而傳輸距離的計算公式如式(1)所示。

顯xian而er易yi見jian，在zai經jing常chang出chu現xian濃nong霧wu的de地di區qu，同tong樣yang的de光guang無wu線xian係xi統tong，可ke能neng傳chuan送song的de距ju離li要yao比bi無wu霧wu或huo少shao霧wu的de地di區qu短duan得de多duo。所suo以yi，係xi統tong的de設she計ji一yi定ding要yao考kao慮lv地di區qu的de氣qi象xiang條tiao件jian，以yi保bao證zheng良liang好hao的de性xing能neng。FSO係xi統tong在zai發fa射she機ji和he接jie收shou機ji之zhi間jian需xu要yao嚴yan格ge的de視shi線xian傳chuan播bo，使shi發fa送song的de光guang信xin號hao在zai接jie收shou端duan的de光guang瓣ban能neng夠gou覆fu蓋gai接jie收shou望wang遠yuan鏡jing


，不bu會hui因yin為wei大da氣qi折zhe射she率lv的de起qi伏fu而er漂piao離li目mu標biao。此ci外wai
，建jian築zhu物wu結jie構gou的de熱re膨peng或huo晃huang動dong將jiang影ying響xiang兩liang個ge點dian之zhi間jian的de激ji光guang對dui準zhun，實shi際ji測ce量liang中zhong發fa現xian
，大da樓lou頂ding部bu的de水shui平ping移yi動dong可ke達da樓lou高gao的de1/800～1/200。為保證可靠的數據傳輸，FSO係統的光鏈路兩端的激光束的對準和跟蹤是係統的關鍵技術之一。目前在國內外普遍采用擴束法
、duoshufahedongtaigenzongjishukefuzhexiequexian。kuoshufashizhankuanjiguangdefasheguangshu，dankuoshufajiangdilejieshouduandeguangbannengliangmidu，chuanshujulihesudushoudaoyingxianghexianzhi，yushiyejieyoutichuleduoshufa，liyongduogejiguangqihefashejingtongshifashejiguangshu，meigeguangshudouyixiangtongdefashejiaofashe
，zaijieshouchujiudedaoyigedaerxianghuzhongdiedejiguangguangban。congertigaolejieshouduandenengliangmidu，yekuodalekejieshoumianji。
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隨著通信技術的發展，對FSOxitongdechuanshusulvhejulijuntichulegenggaodeyaoqiu，ruguoyaotigaozhelianggejishuzhibiao
，jiubixuyaozengdajiguangqidefashegonglvhetigaojieshoujidelingmindu

，dankuoshufaheduoshufaduixingnengzhibiaodegaishanyouxian，yushidongtaigenzongfajiuyingyunersheng，jiliyongsifuxitongtongguofankuizhuangzhihuodeguangshupianchaxinxi，tiaozhengketiaoweijing，shiguangshushikeduizhunjieshouqi。caiyongdongtaigenzongjishudeFSO係統設備功能結構如圖3suoshi，yibancaiyongshuangfankuifangshi，waifankuishiweizhitanceqishuchuderushejiguangshudeweizhiwuchaxinhao，neifankuishisifuxitongkongzhideketiaoweijingdeweizhixinhao，rushejiguangshutongguojieshouguangxuexitonghou
，jujidaoweizhitanceqishang，weizhitanceqijiangjiguangshudeweizhiwuchaxinhaoshuchudaozhuchuliqi。tongshiketiaoweijingweizhitanceqijiangtancedaodeweijingweizhixinhaosongdaokongzhichuliqizhong，kongzhichuliqiliyongyouhuadegenzongsuanfajinxingjisuan，shuchudejiaodukongzhixinhaokongzhisifuxitongtiaozhengketiaoweijing，shijieshouguangxuexitongshizhongduizhunrushejiguangshu。

jiguangdeanquanwentiyehuiyingxiangqishiyong，chaoguoyidinggonglvdejiguangkenengduirenyanchanshengyingxiang。rentiyekenengbeijiguangxitongshifangdenengliangshanghai。youyuzheleixitongcaiyongdeshihaowaliangjidexiaogonglvguangyuan，qizhuyaodeweixianshijiguangduirouyanzaochengdeshanghai
，suoyichanpinyaofuheyanjinganquanbiaozhun。

3 光無線通信技術的應用

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。FSO設備最初進入中國應該在2000年前後，那時國內從事 FSO研究的主要是一些具有軍方研究項目的研究所。目前
，國內FSO的發展還基本在起步階段，但在發射功率
、接收靈敏度、捕獲和瞄準要求
、熱re穩wen定ding性xing和he機ji械xie穩wen定ding性xing等deng關guan鍵jian技ji術shu方fang麵mian已yi取qu得de明ming顯xian進jin步bu，光guang無wu線xian通tong信xin盡jin管guan仍reng存cun在zai不bu少shao問wen題ti
，但dan其qi技ji術shu優you勢shi更geng為wei明ming顯xian。目mu前qian
，光guang無wu線xian通tong信xin的de優you勢shi正zheng在zai逐zhu漸jian吸xi引yin電dian信xin運yun營ying商shang，而er其qi劣lie勢shi正zheng在zai被bei技ji術shu的de進jin步bu抵di消xiao。由you於yu技ji術shu的de進jin步bu，在zai可ke視shi距ju離li範fan圍wei內nei，實shi現xian全quan天tian候hou“最後一公裏”無線光通信已經沒有技術障礙。光無線通信係統是一種物美價廉、有(you)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)和(he)巨(ju)大(da)市(shi)場(chang)潛(qian)力(li)的(de)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)。任(ren)何(he)技(ji)術(shu)要(yao)想(xiang)取(qu)得(de)真(zhen)正(zheng)的(de)成(cheng)功(gong)，必(bi)須(xu)經(jing)受(shou)住(zhu)市(shi)場(chang)與(yu)用(yong)戶(hu)的(de)考(kao)驗(yan)。由(you)於(yu)光(guang)纖(xian)成(cheng)本(ben)過(guo)高(gao)，用(yong)戶(hu)無(wu)法(fa)在(zai)短(duan)期(qi)內(nei)實(shi)現(xian)光(guang)纖(xian)接(jie)入(ru)
，而(er)他(ta)們(men)卻(que)渴(ke)望(wang)享(xiang)受(shou)寬(kuan)帶(dai)接(jie)入(ru)帶(dai)來(lai)的(de)便(bian)利(li)，於(yu)是(shi)
，FSO成了他們實現“最後一公裏”寬帶接入的替代選擇。需要指出的是，DSL、LMDS和以太網是目前寬帶接入的主流方式，但和FSO相比，它們建設成本要高、建設周期要長，所提供的帶寬更是遠遠不及FSO。FSO的另一個主要應用是作為光纖通信係統的備份，即對光纖通信設施進行冗餘備份設計時，選用FSO作為備份鏈路，以節省投資。FSO還可以用於城域網的擴展，即在現有城域網上向外延伸
、連接新的網絡；FSO還非常適用於企業網
、校園網等局域網，實現各局域網網段的互聯。可見，自由空間光通信技術有著廣闊的市場需求。

到目前為止，FSO已被多家電信運營商應用於商業服務網絡，在悉尼奧運會上
，Terabeam公司成功地使用FSO設備進行圖像傳送，並在西雅圖的四季飯店成功地實現了利用FSO設備向客戶提供100 Mbit/s的數據連接。AiRFiber公司則在美國波士頓地區將FSO通信網與光纖網(SONET)通過光節點連接在一起，完成了該地區整個光網絡的建設。2003年5月，佳能美國公司宣布他們的多套FSO係統成功應用到美國紐約州地方法院係統

，並在“911”恐怖襲擊之後的重建工作中發揮了出色作用。在國內，2003年3月17日

，上海鐵通宣布已經采購至少50套無線光通信設備廠商Terabeam的FSO係統。上海鐵通表示采用Terabeam的設備將大大縮短他們提供服務的時間，有利於他們獲得新客戶。

4 結束語

當前，用戶對高速數據服務日益高漲的需求與網絡基礎設施建設資金相對短缺的矛盾
，是困擾運營商的一個現實問題。FSO作為一種寬帶接入方式，具有高帶寬
、低誤碼率、部署迅捷
、費用合理、體積小
、安全性高等特點，很多企業把FSO網絡與光纖網、微波網和高頻段無線網結合起來使用，發揮各自的優點，彌補彼此的不足。在本質上FSO是一種連接方式
，而非覆蓋方式。所以，FSO通信是以一種補充的角色出現的，但FSO有自己的獨特的市場定位，在其他接入方式鞭長莫及或力不從心的一些特殊場合下將發揮其優勢。