浅析无线通信无线光通信技术

无线光通信因为无需频率申请, 机型小方便架设, 能够简单的解决最后一英里的问题, 为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案。

1 无线光通信系统的构成

无线光通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率, 就可以进行通信。

一个无线光通信系统包括三个基本部分:发射机、信道和接收机。在点对点传输的情况下, 每一端都设有光发射机和光接收机, 可以实现全双工的通信。系统所用的基本技术是光电转换。光发射机的光源受到电信号的调制, 通过作为天线的光学望远镜, 将光信号通过大气信道传送到接收机望远镜;在接收机中, 望远镜收集接收到光信号并将它聚焦在光电检测器中, 光电检测器将光信号转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别, 可以选用透过率较好的波段窗口。对基于FSO的系统来说, 最常用的光学波长是近红外光谱中的850nm;还有一些基于FSO的系统使用1500nm的波长, 可以支持更大的系统功率。

2 无线光通信系统的特点和优势

2.1 频带宽, 速率高

从理论上讲, FSO的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同, 只是光纤通信中的光信号在光纤介质中传输, 而FSO的光信号在空气介质中传输。FSO产品目前最高速率可达2.5Gbit/s, 最远可传送4km。

2.2 频谱资源丰富

与微波技术相比, FSO设备多采用红外光传输, 有相当丰富的频谱资源, 不需要申请频率执照, 也不需要交纳频率占用费, 这是一般微波通信和无线通信无法比拟的。

2.3 适用任何通信协议

适用于任何环境, 不依赖某种协议。现在通信网络常用的SDH、ATM、以太网、快速以太网等都能通过, 并可支持2.5Gbit/s的传输速率, 用于传输数据、声音和影像等各种信息。

2.4 架设灵活便捷

FSO可以直接架设在屋顶, 以及在江河湖海上进行通信, 可以完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务, 而且无需埋设光纤, 可以在几小时内建立起通信链路, 方便快捷, 大大缩短了施工周期。

2.5 安全可靠

无线光通信的安全性是非常显著的由于光通信具有非常好的方向性和非常窄的波束, 因此窃听和人为干扰几乎是不可能的。

2.6 经济

光纤网络的成本通常很高, 铺设过程耗时, 而且投资不可撤回, 而无线光通信技术可以在城域光网之外提供高带宽连接而成本只有在地下埋设光缆的1/5。

3 无线光通信系统存在的问题

FSO是一种视距宽带通信技术, 发射机与接收机之间需要严格的视线传播, 当通信设备安装在高楼的顶部时, 在风力的作用下建筑物会发生摆动, 这样便会影响激光器的对准。由于大楼结构中某些部分的热胀或轻微的地震等原因, 有时也会导致发射机和接收机无法对准。

恶劣的天气情况, 会对传播信号产生衰耗。空气中的散射粒子, 会使光线在空间、时间和角度上产生偏差。大气中粒子还会吸收激光的能量, 衰减信号的发射功率。

传输距离与信号质量的矛盾非常突出, 传输距离越大, 光束就会越宽, 接收的光信号质量越差。

激光的安全问题必须考虑。发射功率必须限制在保证眼睛安全的功率范围内。

4 国外研究现状

在FSO领域, 国外已经开始了将近10年的研究, 但是FSO产品真正投入使用也就是最近几年的事情。在FSO这个领域里, 国外几个大的F S O厂家, 包括L i g h t P o i n t e、Air Fibe等。

Light Pointe将自由空间光学技术用于创造、设计和制造电信公司等级的光传输设备, 向电信服务商提供比传统光缆传输速度更快、成本更低的高速通讯解决方案。Light Pointe的系统以超快的带宽速度提供安全可靠的无线传输, 速度最高可达2.5Gbit/s, 产品适应性强, 可解决城市地区的连接问题。

Air Fiber位于美国加洲San Diego, 主要服务于大城市大楼宽带接入。它的产品称为Opti Mesh, 网络结构为网眼状拓扑结构, 冗余备份短距离622Mbit/s无线光传输系统。

5 FSO研究的发展趋势

FSO目前存在的问题主要集中在下面几个方面:针对大楼摆动的瞄准问题;大气中粒子对光线的散射、吸收问题;提高传输速率问题。这些问题影响了传输的可靠性, 所以对这些问题的研究成为FSO的发展方向。

5.1 发射、接收的瞄准的研究

在大风中或因地震引起大楼的摆动, 发射机发送的光信号对不准接收机, 产生的误差大, 甚至通信无法实现。目前的研究方向在于提高激光的瞄准, 怎样利用非机械装置来实现精确的对准和快速瞄准;在接收机方面, 散射光线也带有信息, 接收散射光线越多, 接收的信号能量越大, 但同时接收的噪声也越大, 所以尽量提高接收机接收信号总功率, 又不能降低信噪比成为研究目标。