無線光通信FSO技術圖解

FSO(Free Space Optics)是光通信和無線通信結合的產物，是用小功率紅外激光束在大氣中傳送光信號的通信系統，也可以理解為是以大氣為介質的激光通信系統。

FSO有兩種工作波長：850納米和1550納米。850納米的設備相對便宜，一般應用于傳輸距離不太遠的場合。1550納米波長的設備價格要高一些，但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現。1550納米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1550納米波長設備的功率可以比850納米的設備高兩個等級。功率的增大，有利于增大傳輸距離和在一定程度上抵消惡劣氣候給傳輸帶來的影響。FSO和光纖通信一樣，具有頻帶寬的優勢，能支持155Mbps～10Gbps的傳輸速率，傳輸距離可達2～4公里，但通常在1公里有穩定的傳輸效果。

從古人的烽火臺傳遞信息到現在的SONET/SDH，以及到將來的光孤子通信和全光通信，人類的光通信歷史可謂淵遠流長。但無線光通信技術作為一種光通信技術，卻只有三十多年的研究歷史。初期，由于光學器件制造成本較高，無線光通信的研究僅限于星際通信和國防通信領域。近年來，由于光通信器件制造技術的飛速發展，使無線光通信設備的制造成本大大下降，人們才又逐漸開始了無線光通信的民用研究。

　　無線光通信在業內被稱為 Free Space Optical (FSO)，顧名思義，FSO是一種無需光纖的通信手段，它是現代光纖通信的有利補充，具有以下特點：

　　＊ 快速鏈路部署。由于無需埋設光纖，施工周期大大縮減，通常只需要幾個小時便可以完工。這對于電信運營商來講，無疑是快速搶占市場的最佳選擇。

　　＊擁有光纖傳輸的性能。理論上，無線光通信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，無線光通信的光信號在空氣介質中傳輸。因此也有人把無線光通信技術稱為虛擬光纖通信技術。

　　＊無線光通信產品作為一種物理層的傳輸設備，可以不依賴于任何協議。

　　＊與微波無線通信相比，無線光通信產品不需要申請頻率使用權。目前世界各廠商提供的設備多工作于紅外頻帶，該頻帶有相當豐富的頻譜資源，且在全世界范圍內均不受管制，這為無線光通信技術的靈活應用提供了有利條件。

　　＊傳輸保密性好。因為它的波束很窄，是不可見的，很難在空中發現一條業務鏈路。同時，這些波束又非常定向，是對準某一接收機的，如想截接，就需要用另一部接收機在視距內對準發射機，還需要知道如何接收信號，這是很難做到的。即使被截接，用戶也會發現，因為鏈路被中斷了。因此，FSO比通常的無線系統安全得多。

一 無線光通信在局域網連接中的應用



圖1：局域網的延伸

　　在校園網、小區網或大企業的內部網建設中，經常會碰到這樣一種情況：馬路對面的新建大樓急需接通，可挖路許可權卻遲遲不能得到批準或者根本就無法取到。這時候無線光通信技術便可以大顯身手。如圖1所示。其中，SNMP（簡單網絡管理器為可選項）。無線光通信設備配備標準RJ45接口或光接口，且對協議透明，可以非常方便的完成局域網的連接。

　　美國LightPointe公司針對于不同的應用場合，開發了三種系列的產品，可用于不同的網絡層次中： FlightLite及FlightPath系列帶寬從10M-1.25Gb/p，可以解決Access Layer(接入層)的應用，例如，當一個小區的一處居民樓離控制中心較遠這時采用無線光通信的接入方案能很好的解決該處居民樓的聯網問題。 FlightSpectrum產品系列可解決 Core Layer(核心層)的應用。通常情況下核心層要保證數據通信的快速，所以需要較高的帶寬，FlightSpectrum 產品系列產品很好的解決了相距較遠（1-4KM）較高帶寬（155M-2.5G）要求的應用。

二 無線光通信在城域、邊緣網建設中的應用



圖2：城域網的建設及擴展

　　隨著社會經濟的飛速進步，城市建設的步伐和力度也在不斷加大，城市的覆蓋面積也在不斷增加。早在幾年前，各大運營商在搶占通信市場的時候，紛紛著手建設自己的基礎網絡設施。目前，城域網的建設可謂日新月異，通信帶寬可達10G，已基本上能夠滿足數據通信的需求。隨著城市的發展，以往的郊區也逐漸被納入到城市中心來，如何高效、低成本的實現城域網的擴展，快速占領新市場，越來越成為各大電信運營商關注的問題。圖2所示為一種采用無線光通信技術的解決方案。在這種方案中，無線光通信技術集中展現了高帶寬的魅力，這種連接方式可以滿足城市邊緣網通信中對數據通信帶寬的需求。因為它具有建設周期短，投入小的特點，已被歐美一些電信運營商采用。

三 無線光通信在最后一公里接入中的應用



圖3：光纖到樓

　　由于接入Internet 的需求不斷的增長，越來越多的公司，團體，個人要求加入Internet但由于各種實際原因例如公路開挖，敏感地區對微波使用的限制，很多接入沒有方案解決，無線光通信輸入的誕生為運營商搶占市場提供了一種可行的解決方案。

四 無線光通信在移動通信中的應用

　　移動通信是當今通信領域內最為活躍、發展最為迅速的領域之一，也是將來對人類生活和社會發展有重大影響的科學技術領域之一。自從1981年第一代的以FDMA技術為基礎的模擬通信系統建立使用以來，移動通信技術組建演變為以TDMA技術為基礎的第二代數字蜂窩移動通信。目前，隨著移動電話用戶的迅猛增長和移動數據業務的推廣，無線網絡需要具有更高的帶寬和容量。現有的第二代移動通信系統已不能滿足這一要求，從而使3G(第三代移動通信技術)成為當今電信業的熱點。如何充分地利用現有資源，在最低投入、最快速度的情況下實現從現有的第二代網絡(2G)向第三代網絡(3G)平化過渡，成為移動網絡運營商最為關注的問題。

　　無線光通信技術作為一種接入技術，因為其自身的特點和在施工、帶寬、成本等方面的優點，已逐漸成為各大運營商的首選方案之一。下面詳細介紹無線通信技術在移動網建設中的應用。



圖4 無線光通信技術在2G網中的應用

　　圖4所示為一種采用無線光通信技術連接的2G移動網的結構圖。主干網到距離最近的天線之間采用光纖連接，經N′E1接口轉換器后，由無線光通信設備再連接到其它天線，所有的天線可以共用一個基站，具有以下優點：

* 省卻基站到天線之間的鏈路鋪設，縮短了施工時間和施工費用

* 可以多個天線共用一個基站，減少了基站數目

* 大大減少了基站與中心節點之間的光纖鋪設費用

*無線光通信技術采用紅外激光傳輸，相鄰設備之間不會產生干擾。

　　如圖5 所示為目前2G網的微蜂窩結構。按照理想情況，蜂窩小區的天線應架設在蜂窩小區的中心，這樣才能保證對小區內的用戶提供最佳服務，也使相鄰小區間的發射干擾降為最小，如圖5（a）所示。但在網絡的實際建設過程中，由于建筑或其它地理條件原因，基站和天線無法架設在小區中心位置，因為布線的原因，也無法將基站與天線分開，天線往往與理想位置間有一定的偏差，如圖5(b)。2G網中，該偏差相對于微蜂窩直徑較小，造成的影響并不十分明顯。在2G網向3G網過渡的過程中，微蜂窩的設計直徑變小，網格結構變細（根據業務量的多少，微微蜂窩的半徑可能會小到500米）。這時天線的偏離便會對通信質量造成較大的影響。無線光通信技術的引入為解決這一問題帶來了方便。如圖5（c）所示，由于基站和天線之間采用無線光通信設備連接，基站位置可保持不變，而將天線移動到網格中心。運營商只需作很小的投入便可以完成天線的架設。



圖5微蜂窩結構的天線架設

　　實際上，無線光通信技術作為一種寬帶接入技術，在目前的通信市場中有極為廣闊的應用，據Strategis Group預測，無線光通信設備的全球市場到2005年，將會上升到20億美元。