無線光纖

1　基本信息

　　什么是無線光纖技術(FSO)?

　　FSO技術利用小功率的紅外激光束為載體在位于樓頂或窗外的收發器間傳輸數據，紅外波段比微波波段更小，更加靈活和方便。FSO系統的工作頻段在300GHz以上，該頻段的應用在全球不受管制，而且可以免費使用。FSO產品目前最高速率可達2.5G，最遠可傳送4km。

　　FSO（FreeSpaceOptical自由空間光通信系統，簡稱“無線光通信”，又稱無線光纖或者是虛擬光纖）系統，

　　是利用激光作為載體傳輸數據，提供無線高速點對點或點對多點通信的一種方式，其傳播介質不是光纖而是空氣，因此FSO也稱之為“虛擬光纖”通信。FSO系統可傳輸數據、視頻、語音等的信息，具有抗干擾能力強、極高的帶寬、安裝簡便快捷、安全及成本低的特點。它同光纖通信一樣可以構建高質量的通信系統，可廣泛應用于軍事保密通信、城域網路由保護和接入、基站連接等。

　　無線光纖---FSO系統特點

　　性能卓越：

　　頻帶寬，速率高，容量大。

　　快速部署：

　　FSO可以遠設郊外、翻山越嶺、在江河湖海上進行通信，可完成地對空、空對空等多種光纖通信無法完成的通信任務。系統架設方便，施工簡便。

　　低成本應用：

　　激光技術的進步已經使耐用可靠的器件成本降低，在不損失性能的情況下降低了FSO設備的造價，為用戶帶來實惠。

　　支持任何一種協議傳輸：通信協議透明，任意傳輸協議均易疊加上去，對語音、數據、圖像等業務可透明傳送，適用于任何一種通信協議。

　　無需頻譜許可證：不受頻譜管制的束縛，因為無線光通信其設備間無信號的相互干擾，故無需像無線電通信（如微波、LMDS）那樣申請頻率許可證。

　　保密性好：

　　FSO的波束很窄，定向性非常好，并且用戶到集線器之間的鏈路通常是加密的，形成通信鏈路后很難發現，安全保密性較強。適用于軍隊保密通信系統及商業商務保密通信系統。

　　體積較?。?/p>

　　機載、艦載、衛星承載均十分理想。若使FSO與定位系統和激光跟蹤系統相結合，有望實現“動中通”。

　　滿足短距離和長距離應用符合眼部安全標準

　　應用領域:

　　軍事通信的部署：符合軍事戰爭對通信設備的要求，設備輕巧、靈活、便攜，架設與使用方便。

　　局域網的擴展：可用于擴展已有的城域網或連到新網絡，這些鏈路通常不到達最終用戶，而是為網絡核心服務。

　　企業應用：FSO的靈活性使它可以應用于許多企業和學校，例如企業LAN到LAN的連接及校園網的連接。

　　作為光纖的補充：目前大多數電信運營商都采用兩條光纖連接來保證所構建的商業應用網的安全?，F在，運營商無需部署兩條光纖鏈路，可以選擇FSO系統作為備份光纖的冗余鏈路，以節省投資。

　　接入應用：FSO也可用在接入網中，例如吉比特以太網接入。業務提供商可以使用FSO去旁路本地環路系統，或當作LMDS或蜂窩網的回程鏈路。

　　DWDM業務：想要構建屬于自己的光纖網絡的獨立運營商，可以結合使用WDM與FSO來完成部分鏈路的傳輸，以節省光纖租賃費用。

　　軍用、民用，陸地、海洋、太空，均十分便利。

　　FSO與RF無線電系統備份

　　FSO與RF無線電有著不同的系統特點，高頻無線電雨衰較為嚴重而穿透濃霧的能力較強，FSO系統與RF系統正相反。因此，將兩種設備互為備份，可以很好地解決由惡劣氣候對無線通信系統帶來的影響。

　　無線光纖的質疑

　　◆FSO的可用性和網絡在線時間比較差;

　　◆FSO技術對于天氣比較依賴，如大氣的分子吸收、折射率會造成射束偏轉;

　　◆因為大氣分子和懸浮顆粒會發生散射(不適用于霧、雨、雪天氣);

　　◆飛鳥、吊塔或者其他高空障礙物會造成射束中斷

2　無線光纖的可靠性

　　介紹

　　事實上，近年來FSO在技術方面已經有了較大的突破。對于大氣衰減、穩定性等問題，目前業界可通過以下幾種方式進行解決:

　　選用適合的波長

　　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納米(nm)。在這個頻率上，有足夠的能量將電流信號高效地轉換成光信號。除了具有快速調制能力之外，高能量密度對獲得高指向性同樣有幫助。接收器負責將高容量的調制光信號高效率地轉換成電子信號。

　　除此之外，還有一些基于FSO的系統使用1500納米的波長，可以支持更大的系統功率，但只有在通信距離超過1000米的情況下，才能顯示出優勢。

　　波長[1]

　　最近，人們傾向于開發能在近紅外光譜之外工作的FSO系統，例如2.2微米左右的中紅外光譜，甚至包括量子級聯激光(約10微米)。然而，不管使用的是什么波長，在雨雪等天氣中(具有較大的懸浮物顆粒)，所有基于FSO的系統都具有類似的表現。在大霧天氣，長波系統更有優勢，因為它受大氣衰減的影響較小。圖1展示了FSO在不同波長和能見度下的衰減曲線。

　　使用自動功率控制和定位跟蹤技術提高穩定性

　　為了開發面向未來的基于FSO的系統，使其具有更高的可用性和在線時間，需要采取全新的方式。例如，為無線光纖系統配備自動功率控制(automaticpowercontrol，APC)和自動跟蹤特性。APC允許產品的發射功率自動調節，使接收器永遠不會出現過度調變的情況。其優點在于，用戶可以使用功率更高的發射器，保證無線光纖系統能在霧天使用。在附表展示的例子中，2個基于FSO的系統相距500米部署。其中，系統A的發射功率是1mW，且不具備自動功率控制特性;系統B則集成了自動功率控制特性。在這種情況下，系統B的優勢是顯而易見的。由于系統A只能在1mW的功率下工作，所以在天氣晴朗的時候可能出現過度調變的情況。相反，系統B能控制功率，一旦因為天氣原因造成能見度低，它有超過15dB的附加功率可供利用。

　　在無線光纖系統中，發射器和接收器的鏡頭設計必須在以下幾個方面取得平衡：大光圈(接收器大光圈有助于獲得較大的光線入射)、較短的焦距(由設備的體積決定)以及更容易的調節功能。相應地，在商業應用中，人們采取各種不同的方式來取得這種平衡。

　　一方面，有些基于FSO的系統使用的是Fresnel(菲涅爾)鏡頭，它的特點是具有一個較大的接收角和鏡面，但缺點在于直射光的高入射會顯著影響接收器的敏感性;另一方面，有些基于FSO的系統采用多鏡頭設計，它們的累積光學信號能顯著增強發射質量，但是，這種系統的低發射和接收角(1～5mrad)對調節和系統穩定性提出了更高的要求，尤其是用于超出2000米的遠距離通信時?？紤]到這個原因，一些FSO產品的領先廠商(如LightPointe)進行了一項意義深遠的技術革新，即“自動跟蹤”，采用可以在x和y軸上移動的萬向支架，可以主動調整接收器，在任何情況下都能處在一個理想的位置上。對FSO系統進行控制的軟件能夠補償1ms～10ms內的大氣波動，并能在極短的1～10s內完成補償。

3　無線光纖的行業應用

　　一般來說，凡是需要高帶寬連接而又無法敷設光纜/電纜的情況下，均可使用FSO技術。它的優點包括：

　　◆低成本——安裝簡便，不需預先估計線路成本;

　　行業應用[2]

　　◆不需施工許可證;

　　◆無干擾;

　　◆高帶寬—從100Mbps到2.5Gbps;

　　◆靈活(容易縮放);

　　◆適用于任何環境(不依賴某種協議)。

　　只有網絡連接得到充分的擴展，延伸到足夠廣泛的客戶群體時，信息產業令人激動的各種可能性才會成為現實。通過結合無線光纖與光纖技術，網絡能夠迅速地建立起來，并為渴望高帶寬的最終用戶提供價格合理、易于擴展的連接