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。

guangdewuxiankuandaichuanshushixinjinfazhandejierufangshi，shiguangtongxinhewuxiantongxinjiehedechanwu，guangwuxiantongxinjishusuizhejiguangqijiandegongchengkaifaliyongerriquchengshu。taliyonggaodujizhongdeguangshuchuantoudaqikongjianzuoweixinxidechuanshuzaiti，erbushitongguoguangxianchuansongxinhao。zhezhongjishudejieruxitongzaizuchengjiegoushangyuguangxianchuansongxitongfeichangxiangsi，wulizuchengyeshifeichangjiandande，yonghuwuxushenqingwuxianpinlv，erqieqishitouzidi，yunyingfeiyongdi，nengkuaisuzhuangshe

，ketigongyuguangxianxitongxiangsidechuansongdaikuan。youyuxitongjuyouchuanshusulvkuai、結構簡單、組zu網wang靈ling活huo等deng特te點dian
，在zai跨kua江jiang跨kua河he等deng不bu具ju備bei有you線xian接jie入ru條tiao件jian和he需xu快kuai速su組zu建jian通tong信xin網wang絡luo的de場chang合he有you很hen高gao的de使shi用yong價jia值zhi，也ye受shou到dao越yue來lai越yue多duo電dian信xin運yun營ying商shang的de關guan注zhu
，應ying用yong範fan圍wei不bu斷duan擴kuo大da。已yi商shang用yong的de這zhe類lei係xi統tong，容rong量liang從cong100Mbit/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、baomixinghaoyijikangdianciganraodeng。chuciyiwai，guangwuxiantongxinbuxuyaoxukezhizhao，buxuyaopushedianlan，buxuyaowagou
，buxuyaozuyongxianlu
，buxuyaopinpuguihua，jianshezhouqiduan，duihuanjingmeiyouyingxiang。kuandaiguangwuxiantongxindedianzipinpuweiyujigaodeguangpinduan，bucunzaiweibodengdianciganrao。guangwuxiantongxinyinweizhexieyoudian
，yuelaiyueshoudaoguanzhu。

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yong0.85μm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)sanzhongjiegou。diandaodianjiegoushizuijiandandewangluotuopu，muqianyishiyongdexitongduoshucaiyongcijiegou，qiyuanyinshidaduoshuxitongzhishiyonglailianjieqiyeneibudegezhuangdalou
，zuoweigaodaikuandezhuanxianlianjie。diandaodianjiegoudeyoudianshidulidelianlu，wangluoguihuajiandan；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)結(jie)構(gou)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)通(tong)過(guo)多(duo)個(ge)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)幾(ji)乎(hu)實(shi)時(shi)的(de)迂(yu)回(hui)鏈(lian)路(lu)，使(shi)服(fu)務(wu)得(de)到(dao)保(bao)護(hu)，即(ji)具(ju)有(you)服(fu)務(wu)恢(hui)複(fu)或(huo)服(fu)務(wu)冗(rong)餘(yu)度(du)的(de)特(te)點(dian)。網(wang)狀(zhuang)網(wang)結(jie)構(gou)還(hai)可(ke)以(yi)把(ba)業(ye)務(wu)集(ji)中(zhong)到(dao)某(mou)些(xie)特(te)定(ding)點(dian)：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(zai)1km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)的(de)霧(wu)
，即(ji)不(bu)同(tong)衰(shuai)減(jian)的(de)大(da)氣(qi)介(jie)質(zhi)出(chu)現(xian)的(de)統(tong)計(ji)規(gui)律(lv)。如(ru)果(guo)了(le)解(jie)到(dao)衰(shuai)減(jian)值(zhi)大(da)於(yu)某(mou)一(yi)指(zhi)標(biao)出(chu)現(xian)的(de)概(gai)率(lv)，就(jiu)能(neng)確(que)定(ding)光(guang)無(wu)線(xian)係(xi)統(tong)為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)可(ke)用(yong)性(xing)的(de)指(zhi)標(biao)(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

、多duo束shu法fa和he動dong態tai跟gen蹤zong技ji術shu克ke服fu這zhe些xie缺que陷xian。擴kuo束shu法fa是shi展zhan寬kuan激ji光guang的de發fa射she光guang束shu
，但dan擴kuo束shu法fa降jiang低di了le接jie收shou端duan的de光guang斑ban能neng量liang密mi度du
，傳chuan輸shu距ju離li和he速su度du受shou到dao影ying響xiang和he限xian製zhi，於yu是shi業ye界jie又you提ti出chu了le多duo束shu法fa
，利li用yong多duo個ge激ji光guang器qi和he發fa射she鏡jing同tong時shi發fa射she激ji光guang束shu，每mei個ge光guang束shu都dou以yi相xiang同tong的de發fa射she角jiao發fa射she，在zai接jie收shou處chu就jiu得de到dao一yi個ge大da而er相xiang互hu重zhong疊die的de激ji光guang光guang斑ban。從cong而er提ti高gao了le接jie收shou端duan的de能neng量liang密mi度du，也ye擴kuo大da了le可ke接jie收shou麵mian積ji。
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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3所suo示shi，一yi般ban采cai用yong雙shuang反fan饋kui方fang式shi，外wai反fan饋kui是shi位wei置zhi探tan測ce器qi輸shu出chu的de入ru射she激ji光guang束shu的de位wei置zhi誤wu差cha信xin號hao

，內nei反fan饋kui是shi伺si服fu係xi統tong控kong製zhi的de可ke調tiao微wei鏡jing的de位wei置zhi信xin號hao，入ru射she激ji光guang束shu通tong過guo接jie收shou光guang學xue係xi統tong後hou，聚ju集ji到dao位wei置zhi探tan測ce器qi上shang，位wei置zhi探tan測ce器qi將jiang激ji光guang束shu的de位wei置zhi誤wu差cha信xin號hao輸shu出chu到dao主zhu處chu理li器qi。同tong時shi可ke調tiao微wei鏡jing位wei置zhi探tan測ce器qi將jiang探tan測ce到dao的de微wei鏡jing位wei置zhi信xin號hao送song到dao控kong製zhi處chu理li器qi中zhong，控kong製zhi處chu理li器qi利li用yong優you化hua的de跟gen蹤zong算suan法fa進jin行xing計ji算suan
，輸shu出chu的de角jiao度du控kong製zhi信xin號hao控kong製zhi伺si服fu係xi統tong調tiao整zheng可ke調tiao微wei鏡jing，使shi接jie收shou光guang學xue係xi統tong始shi終zhong對dui準zhun入ru射she激ji光guang束shu。

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、youguangfanyingyongqianjinghejudashichangqianlidetongxinxitong。renhejishuyaoxiangqudezhenzhengdechenggong，bixujingshouzhushichangyuyonghudekaoyan。youyuguangxianchengbenguogao，yonghuwufazaiduanqineishixianguangxianjieru，ertamenquekewangxiangshoukuandaijierudailaidebianli
，yushi
，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。