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大氣激光通信稱自由空間光通信FSO(Free-Space-Optics)或無線光通信。早在120年前,大氣激光傳輸的概念就由電話發明人貝爾提出過,進入20世紀60年代，隨著紅寶石激光器的出現,大大改善了大氣激光通信系統的傳輸性能。FSO技術在20世紀80年代就開始用于軍方，隨著摻餌光纖放大器(EDFA)、波分復用(WDMA)、自適應光學(AdaptiveOptics)等技術不斷發展,無線光通信在傳輸距離、可靠性、傳輸容量等方面有了較大改善,適用面也越來越寬。
一、FSO的基本原理
(1)FSO技術是一種基于光傳輸方式、采用紅外激光承載高速信號的無線傳輸技術，它以激光為載體、以空氣為介質，用點對點或點對多點的方式實現連接，由于其設備也以發光二極管或激光二極管為光源，因此又有“虛擬光纖”的美譽。
(2)FSO技術具有與光纖技術相同的帶寬傳輸能力，能以千兆的速度進行全雙工通信且具有成本上的優勢。它的工作原理與光纖通信系統類似，包括光發送、光傳輸和光接收3個部分，所用的基本技術也就是光電的轉換。在點對點傳輸的情況下，在發送端和接收端之間，必須是互相可視的，兩終端之間不能有阻擋。FSO結合了光纖通信和無線通信各自的優勢，具有頻帶寬的特點，目前市場上的產品最高支持2.5Gbps的傳輸速率，最大傳輸距離為4km，但通常在1～2km有穩定的傳輸效果。由于激光具有直線性和窄波束的特點。FSO主要用于點對點視距傳輸。與光纖通信不同的是，FSO以大氣為媒質，光載波信號通過大氣而不是通過光纖來傳送。系統還需要保證收發兩點之間，光信號良好的準直穩定。
(3)FSO技術利用紅外激光束為載體傳輸數據，具備低雨衰、無需申請頻段、設備易升級等微波不可比擬的優勢。FSO技術既能提供類似光纖的速率,又不需在頻譜這樣的稀有資源方面有很大的初始投資。FSO用激光或光脈沖在太赫茲(THz)光譜范圍內,這一光譜目前沒有開設業務,FSO不會與其他傳輸發生干擾，可以免費使用。唯一的要求是設備功率不能超過國際電子技術委員會規定的功率上限(IEC60825-1標準)。
(4)FSO是物理層傳輸設備，以光為傳輸媒介，任何傳輸協議均可容易地疊加上去，對語音、數據、圖像等業務可以實現透明傳送。由于采用激光通信，能量集中，不向空中其他方向產生輻射，因此，FSO系統不會同頻干擾，即使鏈路交叉也不影響通信，因此，同一地點可以裝多套FSO設備。
二、FSO的技術優勢
光纖傳輸無疑是最安全可靠的通信方式，光纖接入系統可傳送巨大的容量，但光纖敷設較長的周期及高額投資限制了其普及，需要敷設管道，涉及到諸多的申報審批手續，因此開通需要等候很長的時間。而且，光纖一旦鋪設完畢，如果用戶要搬遷，則浪費了投資。在某些情況下，甚至是不可能裝設的,尤其是在有自然或人工障礙物的情況下進行布線時。FSO不需要敷設光纖，無管道工程施工及維護費用，其施工方便、工期短、無需為穿越公路或鐵路等申請許可證。總體造價低，特別是在城市的大樓之間，往往不便于鋪設光纖，FSO技術就顯出其獨到的優勢。因此，在有難以逾越的布線障礙物或對建網速度要求快的情況下，或對經常需要搬遷的機動性單位，FSO能在建筑物之間成為替代光纖的一種網絡連接方案。微波技術日漸成熟，但這種接入方式需要較高的初始投資（頻譜許可證），對業務提供商而言，這種接入技術不如FSO經濟；與微波通信比較，FSO工作在不需管制的光譜范圍，無須無線電通信申請頻率使用證和昂貴的使用費。FSO性能價格比要優于諸如LMDS和MMDS等無線接入手段。FSO相對而言是一種比較好的方案，與其他接入技術相比較，具有比較明顯的優點：
(1)帶寬高：可提供與光纖系統相似的傳送帶寬。已商用的FSO系統，容量從2Mbps～2.5Gbps或更高；由于受到氣象條件的限制，只能在較短的距離內使用，一般限于2～4km以下。但在許多場合之下，作為一種獨特的方式，成為當前現有幾種寬帶接入方式很好的補充手段。在目前許多不具備光纖線路，但又需要較高速率的情況下，FSO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問題的有效途徑。
(2)無需申請頻率：由于工作在無須管制的光譜,不占用擁擠的無線電頻率資源，FSO因設備間沒有信號的相互干擾，也不會與其他傳輸發生干擾，沒有頻率許可問題，故無需申請頻率許可證。
(3)安全保密性強：FSO的波束很窄，非可視光，夜間也無法發現，因此無法探測到鏈路的位置，更不存在竊聽的可能性，安全保密性好。FSO很難被截取,波束又非常定向,是對準某一接收機的。即使被截取,用戶也會發現,因為鏈路被中斷了，因此，FSO比無線系統安全得多。尤其適用于金融、法律、軍事等保密要求高的部門。
(4)快速鏈路部署：FSO組網便捷迅速，因為不需要埋設光纖和等待各種手續上的問題，只需一天或更短的時間即可安裝和調試成功。適用于臨時、應急通信，特別適合臨時性機動性高的場所；以及特殊地形和地貌、有線方式難以實現緊急組網和軍事組網。當公司搬遷或臨時駐軍時，無需重新安裝光纖從而節約成本。當添加其他節點時,FSO的網絡結構無須改變,易于擴容升級,用戶的容量也很容易增加,只需稍作接口的變動就能改變容量。
(5)協議透明：FSO以光為傳輸媒介，任何傳輸協議均可容易地疊加上去，現在通信網絡常用的SDH、ATM、IP等都能通過；對語音、數據、圖像等業務可以做到透明傳送。(6)成本低：起始投資和運營費用低，FSO的成本是光纖傳輸的1/10～1/3。無線光接入傳送bit/m的價格最低，這一數值，是最接近的微波無線接入的一半。加上其附加投資不多，與一般的微波無線接入相比，可省去頻率申請使用的開銷，甚至可節省規劃的費用。
三、FSO的應用領域
由于無線光傳輸技術已經非常成熟，所以產品主要集中在如何使FSO技術變成一種更實用的產品，FSO技術在國內外的應用領域也將主要被作為“最后一公里”的解決方案、局域網橋接、光纖備份、臨時連接以及蜂窩網的基站互連和用于比較特殊的商業服務。自由空間光通信應時而出，結合了光纖和無線通信的優點，提供了高帶寬、高安全性、互不干擾、安裝快速和高性價比的寬帶接入解決方案。
(1)FSO具有帶寬高、部署快捷、費用合理的優勢。在本地網和邊緣網等近距離高速網的建設中大有用武之地，還可用于建筑物比較分散的企業局域網子網之間的連接，尤其是在一些不宜布線的場所，如市區高層建筑物之間、公路（鐵路）兩側的建筑物之間、不易架橋的河流兩岸之間、古建筑、高山、島嶼以及沙漠地帶等?；蚴遣季€成本高、施工難度大、經市政部門審批困難的地方。FSO對于銀行、證券、政府機關等需要穩定服務的商業應用來說，可以作為預防服務中斷的光纖備份設備。由于FSO產品安裝快速簡易，因此可在展覽會、短期租用的建筑、野外的臨時工作場所或地震等突發事件的現場作為一種臨時的通信連接。FSO可應用于各種領域，更多的應用有待于市場的進一步開發。
(2)骨干網擴展：通信服務廠商在骨干網建設上花費大量資金，以提升網絡整體性能與快速發展的市場需求。但是，很多網絡應用的瓶頸不在骨干網上而是在最后一公里。為了在現有的骨干網上，快速進行擴展和向外延伸，FSO是一種不錯的選擇。
(3)寬帶光接入：目前主干網的頻寬容量急劇增加,同樣，客戶終端網絡的頻寬也從10Mb/s增加到100Mb/s,再到千兆以太網。而網絡接入部分仍未有可突破頻寬成本與容量瓶頸的有效解決方法。因此，FSO有很大的發展空間。目前已使用的FSO系統大多數用來連接企業內部的各幢大樓，作為寬帶的專線連接。FSO也可以組成更為復雜的光無線通信網絡，連接大樓群。多點的網絡拓撲結構可以把業務集中到一點(集線器或中心節點)，再接入核心網。通過多個網絡節點可以提供幾乎實時性的迂回路由，使服務得到保護。還可以把業務集中到某些特定點，再有效地接入光纖網絡。
(4)城域網擴展：FSO還可以用于城域網的擴展,即在現有城域網上向外延伸、連接新的網絡。這些鏈路通常不到達最終用戶，而是為網絡核心服務。FSO還非常適用于企業網、校園網等局域網，實現各局域網網段的互聯。
(5)光系統備份：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。
(6)基站間互連：FSO相對于RF來說，可提供更寬的帶寬，這些特點對于構建無線回程傳輸網甚為適宜。FSO可用來連接移動電話基站與交換中心,將基站接收的信號傳至與有線公用電話網相連的交換中心設備。3G的升溫更使FSO行業欣喜不已，一旦其真正上馬，便會鋪設密集的基站，而FSO可以比微波更能實現基站與交換中心間155M的寬帶互連。
四、FSO的市場前景
近年來，以互聯網為代表的新技術革命正在深刻地改變傳統的電信概念和體系結構，隨著各國接入網市場的逐漸開放，競爭的日益加劇和擴大，新業務需求的迅速出現，接入網開始成為人們關注的焦點。在巨大的市場潛力驅動下，產生了各種各樣的接入網技術，然而至今尚無一種接入技術可以滿足所有應用的需要，接入技術的多元化是接入網的一個基本特征。骨干網的帶寬由于光纖的大量采用而相對充足，限制帶寬需求的主要瓶徑在接入段。光接入網是發展寬帶接入的長遠解決方案，但目前這種方式還存在工程造價太高，建設速度慢等缺點，而且對于部分網絡運行企業來說，不具備本地網絡資源，在這種情況下，要進入和占領接入市場，采用寬帶無線接入技術是一個比較合適的切入點。
由于電信管制的放松引出了越來越多的新通信公司,它們的主要目的是提供寬帶業務,需要使用可擴展的、經濟上承受得起的基礎設施來提供可靠的網絡接入,把寬帶業務帶給用戶。尤其對于城市里需要高速數據和因特網接入的企業而言,FSO不失為一種經濟有效的選擇。隨著光電器件技術的發展,無線光通信系統近年來逐漸成熟,為接入網傳輸提供了一種全新的傳輸手段。由于它也是利用光作為信息傳輸的載體,理論上具有與光纖通信一樣的巨大帶寬和無窮潛力。從國外發達國家來看,無論是無線光通信系統設備還是組網設計都已很成熟并開始進入規模商用階段。隨著電信領域競爭的日趨激烈，寬帶接入資源的擁有和快速部署已成為占領市場和爭取主動的重要因素。在市場需求的拉動下，各種寬帶接入解決方案紛紛登場，其中FSO以其帶寬寬、部署快、不須頻率申請的特點，一經推出就引起了業界的關注。首先是市場上不斷增長并永遠不能滿足的帶寬需求。近10年來數據通信的業務發展十分迅速，加速了人們對通信網寬帶化的需求。巨大的帶寬需求必須要有高頻率的載波支持，光頻是寬帶信息的最理想載體。第二是通信市場從骨干網轉向了接入網，促使人們尋求能提供高帶寬、低成本的便捷接入技術。第三是越來越多的新興通信公司需要使用可擴展的、經濟上承受得起的基礎設施來提供可靠的網絡接入，把寬帶業務帶給用戶。
此外，技術進步也給FSO提供了堅強支持，這些技術包括滿足半導體激光器和高靈敏度的光電探測器，自適應光學信息處理器，體積小、重量輕、特性好、安裝校準便捷的光學收發天線，光學窄帶濾波和自動跟蹤瞄準等，基本可以滿足FSO系統的要求。因此，在大氣中的可視距離范圍內，實現全天候光通信并在寬帶網絡的“最后一公里”接入中應用已經沒有技術障礙。近段時間,我國數據業務在移動通信整個業務收入中所占的比例呈現上升趨勢。更重要的是,將來的市場主要由服務和應用驅動,并非由技術驅動,而應用是沒有止境的,應用越多、越升級,需要的帶寬就越多。因此,新、老通信公司都面臨著迅速安裝高帶寬、低成本連接的壓力，解決寬帶接入問題現在已經成為當務之急。另外，尋找真正能提供高帶寬、低成本的接入技術也是FSO的另一市場驅動力。在過去5年中,用戶駐地網的帶寬也從10Mbps增加到100Mbps,再到千兆比以太網,只剩下網絡接入部分仍是帶寬成本與容量的瓶頸得不到經濟有效的解決方法。要打破無線寬帶接入的瓶頸,只有開發更有容量潛力的光譜。
盡管FSO還存在一些有待改進的技術問題，但自由空間光通信的技術優勢更為明顯。在低成本、快速組網等方面具有較大優勢的FSO的市場前景非常廣闊。在未來幾年里，FSO將作為一個有力的手段進入寬帶接入駐地網市場，特別是用于沒有光纖連接的中小企業。寬帶應用熱的姍姍來遲使很多無線設備供應商的日子很不好過，但無線光通信設備的發展一直呈穩健之勢。由于用戶無法在短期內實現光纖接入,而他們卻渴望享受寬帶接入帶來的便利,于是,FSO成了他們實現“最后一公里”寬帶接入的替代選擇。自由空間光通信技術有著廣闊的市場需求。FSO還可用來連接3G網絡的基站，這樣其應用前景將更加廣闊。3G預計的火熱市場,輿論親和的態度表明了業界對FSO技術的看好。而隨著國內光通信市場的復蘇，許多新興運營商都開始關注并初步應用FSO。FSO通信正在進入本地寬帶接入市場，其市場前景非?？春茫粯I界稱為電信十大熱門技術之一。FSO技術目前主要應用于“最后一公里”接入中建筑物之間的網絡橋接上，預計到2005年，這方面的應用將會占據FSO設備市場的2/3。隨著FSO技術發展成熟，在未來1~2年內，FSO技術必定成為脫穎而出的通信手段。StrategisGroup預測FSO設備的全球銷售額將在2005年達到20億美元的規模，表明了業界對FSO技術的看好。
作者:崔麥會
光通信技術的發展篇2
一、引言
自由空間光通信或稱無線光通信(FSO:FreeSpaceOpticalCommunication)是一種新型的寬帶接入方式。FSO是一種小功率紅外激光束通過大氣為介質傳送光信號的激光通信系統,它有兩種工作波長:分別是850nm和1550nm。850nm的設備相對便宜,一般主要應用在傳輸距離不太遠的場合。1550nm的設備價格要昂貴一些,但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現。FSO和光纖通信一樣,具有頻帶寬的優勢,能支持155Mb/s～10Gb/s的傳輸速率,傳輸距離可達2～4km,但通常在1～2km有穩定的傳輸效果。隨著激光技術的不斷發展進步,關鍵器件在耐用性、可靠性等方面已經成熟,價格也十分便宜,從而大大降低了FSO設備的造價;與光纖線路相比,FSO不僅建設周期較短、成本低廉、大約是光纖到大樓成本的1/10～1/3。因此,在目前許多企業和機構都不具備光纖線路,但又需要較高速率(如STM-1或更高)的情況下,FSO不失為一種解決"最后一公里"瓶頸問題的有效途徑。
二、FSO在國內外發展的技術現狀
早在20世紀60年代,人們就對自由空間光通信進行過研究,但當時主要用于軍事及實驗目的,其商業應用是在最近幾年才在美國興起。在國外,一些大型電信設備公司對FSO系統產生了極大的興趣,如美國、俄羅斯、加拿大及西歐的一些發達國家已開始試用這種系統。比較典型產品有As-troTerra公司的TERRALINK4-155系列產品、Air-Op-tica公司的UWIN802、PLH802系列和PAV數據系統公司的SKY系列產品。而Terabeam公司和Airriber公司已將PSO應用于商業服務;尤其是Terabeam公司,在2000年悉尼奧運會上成功地使用FSO設備進行圖像傳送,在西雅圖的四季飯店也成功地利用FSO設備向客戶提供100Mb/s的數據連接。1999年,光通信的巨頭朗訊公司做了相距2.4km、速率為2.5Gb/s、波長為1550nm的無線光通信實驗;2000年做了40Gb/s密集波分復用4.4km無線光通信實驗。據2001年有關文獻報道,朗訊公司做了目前通信容量最大的FSO通信系統試驗--采用光纖放大器可以在200m的通信距離內,實現20Gb/s～160Gb/s速率的數據通信,這項技術代表著國際最高水平。在國內,從事FSO研究的主要有中國電子科技集團公司第34研究所(桂林)、成都光電技術研究所及上海光機所等單位。中國電子科技集團公司第34研究所早在1971年就開始進行FSO技術研究。1997年,該所派專家赴俄羅斯進行實地考察FSO的應用情況,之后組建了技術攻關小組。經過近幾年的努力,34所已成功開發出了一系列的FSO設備,如:專用網接入系列、以太網專用系列、圖像傳輸專用系列、GSM信號傳輸系列等,傳輸速率從2M～2.5Gb/s,通信距離可達4km,工作波長有850nm和1550nm。目前,34所已完成155Mb/s、622Mb/s速率的超長距離(10km)帶有自動跟瞄系統(Auto-TrackingSystem)的大氣通信系統,并已通過上級主管部門的驗收。成都光電技術研究所已經開發出了工作波長為850nm,可以傳輸1km、4km兩種距離的兩款產品,其工作波長為850nm,速率可達10Mb/s。上海光機所承擔的"無線激光通信系統"項目的研制,該系統具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能,傳輸速率可達622Mb/s,通信距離可達2km。
三、理想的"最后一公里"寬帶接入方案
隨著我國通信傳輸骨干網建設的日趨完善,人們急需"最后一公里"大容量信息的快速接入,設備運營商們也提出了許多種寬帶接入方案,常用的寬帶接入方式如表1所示。我們從表1中可知,FSO較其它接入方式具有如下優、缺點。優點:⑴無需頻譜許可證。由于FSO屬于無線光通信,設備之間不存在頻率干擾的問題,所以也就不需要向國家主管部門申請頻率許可證。⑵帶寬高。FSO設備一般都可實現2M～2.5Gb/s的速率,理論上還可以支持更高速率的業務傳輸。⑶安全保密性強。由于FSO波束定向性好,一般采用非可視光,夜間使用也不會被發現。因此無法探測鏈路位置,更不存在竊聽問題。⑷協議透明。FSO是以光為傳輸媒介,任何傳輸協議均可容易地疊加上去,對語音、數據、圖像等業務可以實現透明傳送。⑸成本低。FSO的成本是光纖到大樓的1/10～1/3。⑹機動靈活。由于設備體積小,易于快速安裝開通。就是轉移地方,也很方便。缺點：⑴對天氣敏感。FSO設備對大氣比較敏感,一般遇到大風、大霧、沙塵等惡劣天氣時,對傳輸業務質量會造成較大影響。⑵為了使FSO能夠傳輸更遠距離的業務,設備廠商一般都會采用加大激光器功率,這在一定程度上可能會造成對人體的傷害。綜上所述我們可以看到,FSO作為寬帶接入具有很大的優勢,是較為理想的解決"最后一公里"寬帶接入方案。它不僅用于無線寬帶接入,還可作為光纖通信系統的備份、城域網的擴展,非常適用于企業網、校園網等局域網,實現各局域網網段之間的互聯互通。FSO系統在應用時,也常常會遇到的一些實際問題(如通信鏈路的阻斷、安裝點之間建筑物晃動造成激光不易對準、惡劣天氣條件等),但經過技術人員的努力都得以解決,已有措施確保達到一定的可靠性。
四、結束語
由于FSO自身固有的特點,它作為一種寬帶接入技術,以其靈活方便的接入方式,在較短距離的情況下,以低廉的成本投資可獲得光纖傳送的容量。特別是無需向主管部門申請頻率和許可證,在不便于鋪設光纜或安裝微波的環境下,FSO可作為一種新的接入選擇。結合我國現階段寬帶網絡的實際情況--許多企業和機構都不具備光纖線路,但又需要較高速率(如STM-1或更高),FSO不失為一種解決"最后一公里"瓶頸問題的有效途徑。FSO系統解決了寬帶網絡的"最后一公里"的接入,實現了光纖到桌面,完成語音、數據、圖像的高速傳輸,拉動了聲訊服務業和互動影視傳播,實現了"三網融合",有利于電子政務、電子商務、遠程教育及遠程醫療的發展,并產生了巨大的效益,具有廣闊的應用領域和市場前景。
作者:鄭勇剛 李博 單位:中國電子科技集團公司
光通信技術的發展篇3
激光通信是當今社會信息傳播的最重要、最常規的手段。按照傳輸介質的不同，激光通信可分為光纖通信、自由空間光通信和水下通信。自由空間光通信（Free-SpaceOpticalCommunication，簡稱FSO），也稱為無線激光通信，是一種通過激光在無需光纖的情況下實現點對點、點對多點或多點對多點間語音、數據、圖像信息的雙向通信技術。在寬帶接入、廣域網和城域網擴展、局域網互聯、深空通信等領域有廣泛的應用前景，是當前光通信研究的熱點之一。
一、FSO簡介
FSO技術具有與光纖技術相同的帶寬傳輸能力，能以千兆的速度進行全雙工通信且具有成本上的優勢。它的工作原理與光纖通信系統類似，包括光發送、光傳輸和光接收3個部分，所用的基本技術也就是光電的轉換。在點對點傳輸的情況下，在發送端和接收端之間，必須是互相可視的，兩終端之間不能有阻擋。FSO結合了光纖通信和無線通信各自的優勢，具有頻帶寬的特點。由于激光具有直線性和窄波束的特點，FSO主要用于點對點視距傳輸。與光纖通信不同的是，FSO以大氣為媒質，光載波信號通過大氣而不是通過光纖來傳送。系統還需要保證收發兩點之間，光信號良好的準直穩定。自由空間光通信系統是以大氣作為傳輸媒質來進行光信號的傳送的。只要在收發兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發射功率，通信就可以進行。FSO系統主要由光發送機、光接收機、光學天線（透鏡組和濾波片）和大氣信道以及捕獲、跟蹤及瞄準（ATP）子系統組成，如圖1所示。電信號經過調制器調制到由激光器產生的光載波上，再通過光學發射天線對光束整形將光信號發射到大氣空間。光信號經大氣信道傳輸，到達接收端，光學天線將接收到的光信號聚焦至光電探測器轉化成電信號，經放大濾波處理，再解調成原信息。自動跟蹤系統的主要功能是確保兩個通信終端的精確定向，完成通信鏈路的建立[1]。和其他無線通信相比，它具有不需要頻率許可證、帶寬高、成本低廉、保密性好，低誤碼率、鏈路部署快速、協議透明、抗電磁干擾組網方便靈活等優點[2]。特別適合骨干網的擴建、光纖網絡的備援、寬頻接入、企業應用、無線基地臺數據的回傳等領域以及其他需要高速接取的終端。隨著光通信器件制造技術的飛速發展，企業對短距離高速率傳輸的需求越來越高，使得無線光通信技術又受到了各國軍事和民用的關注。
二、FSO的應用領域
FSO具有以上技術優勢，以其獨特的性質，在很多領域都能有廣泛的應用，例如：1）城域網的擴展[3]，通信服務廠商在骨干網建設上花費大量資金，以提升網絡整體性能與快速發展的市場需求。FSO可以用于擴展已有的城域網，將新的網絡與骨干網相連接。2）企業、校園互連。由于FSO是以小功率的紅外激光束為載體，可將收發器裝設在樓頂或窗外傳輸數據。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。以FSO來代替光纖接取各局端，不但能降低成本，而且具有更高的傳輸速度，主干傳輸速率可以達到1Gbps甚至10Gbps[4]。3）軍事應用以其高保密性和安裝快捷的特性廣泛的應用于軍事場所。4）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，現在，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。5）無線基地臺數據的回傳。FSO也可用來接入移動電話基地臺與交換中心，將基地臺接收的信號傳至與有線公用電話網相連的交換中心設備[5]。
三、FSO的現狀和發展趨勢
早在20世紀60年代，人們就對自由空間光通信進行過研究，但當時主要用于軍事及實驗目的，其商業應用是在最近這些年才在美國興起。國外在自由空間光通信(FSO)領域已經開始了將近10年的研究，但是FSO產品真正投人使用也就是最近幾年的事情。美國、英國、加拿大等國的十幾家廠商正在從事FSO的相關研發工作。目前，國際市場上AirFiber、LightPointe等公司是推廣FSO技術的先行者。比較典型產品有AstroTerra公司的TERRALINK4-155系列產品、Air-Optica公司的UWIN802、PLH802系列和PAV數據系統公司的SKY系列產品。而Terabeam公司和Airriber公司已將FSO應用于商業服務；尤其是Terabeam公司，在2000年悉尼奧運會上成功地使用FSO設備進行圖像傳送，在西雅圖的四季飯店也成功地利用FSO設備向客戶提供100Mb/s的數據連接。大部分的FSO系統的設計均處于較短距離100～500m的技術水平，大多采用的是中等功率10～100mW激光二極管或小型光電二極管的低成本解決方案。就國內FSO的發展來說，還基本在起步階段。在國內，從事FSO研究的主要有中國電子科技集團公司第34研究所（桂林）、成都光電技術研究所及上海光機所等單位。中國電子科技集團公司第34研究所早在1971年就開始進行FSO技術研究。FSO設備最初來到中國應該在2000年前后，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。后來，FSO獲得了較好的發展，主要FSO設備公司不斷取得技術和商業上的進展。清華同方公司的FSO產品TFOW100-1已經面世，它能提供100Mbps的帶寬，定位在1000m之內的網絡連接應用。但是還沒有一家公司規模性的生產FSO設備。當然這也有FSO設備由于本身的可靠性，在國內暫時不被運營商看好的因素。FSO技術原理比較簡單，關鍵的問題是如何提高傳輸的可靠性，使其盡量達到用戶的要求?，F在的研究方向大多是提高可靠性，然后提高傳輸距離與速率，大致有以下幾個方面。
(1)大氣信道的研究
對于大氣對通信信號的干擾分析，不能僅局限于大氣的吸收和散射等，還要注意大氣湍流引起的閃爍、光束漂移、擴展以及大氣色散等問題。這些因素都會影響接收端信號的信噪比，從而影響系統的誤碼率和通信距離、通信帶寬。其主要目的是準確掌握某地的氣候等通信條件，同時找到氣象條件影響通信質量的規律，為通信的實現提供參考數據。因此，必須在這方面做更深入詳盡的分析，提出解決方案。
(2)傳輸可靠性的研究
這個方面主要是對信號源和接收技術的研究。對于信號源，除了要求輸出光束質量好、工作頻率高、出射光束窄以外，還要考慮激光器的輸出功率穩定性、頻率穩定性、光束方向穩定性和工作壽命等。有一些公司，比如LightPointe公司，采用多光束（四個）發射技術，既可以克服氣穴的影響，同時可以克服小鳥等引起的光路的突然割斷。還有比較重要的一種技術就是跟蹤技術，這方面cannon公司是代表。它一般采用CCD利用光強度或者波形來自動定位、調整發射端的位置?，F在幾個大的FSO生產廠家都有自己的一些自己的專利技術來解決這個問題。據統計，MRV公司現在擁有最多的FSO專利，達16項之多。現在電路部分的做法一般是采取大功率連續單縱模激光器加高靈敏度Si光電二極管來克服大氣信道帶來的衰減，減少誤碼。
(3)傳輸速率的提高
FSO相對于其他接入設備最大的優勢之一就是帶寬?，F在FSO產品的速率從2M開始，形成多個系列，比較典型的有10Mb/s，100Mb/s,155Mb/s,622Mb/s。有的公司采用波分復用（WDM）技術，速率可以達到2.5Gb/s，10Gb/s。
(4)FSO設備網絡拓撲的研究
FSO網可以有三種拓撲，即點到點、點到多點（星型）和網狀網，也可以把他們組合起來使用，既可以單獨使用，也可以組合使用。目前已使用的系統多采用點到點結構，其原因是大多數系統只是用來連接企業內部的各幢大樓，作為高帶寬的專線連接。網狀結構的優點是可以把業務集中到一點再接入核心網，效率較高、比較經濟。但缺點是能提供的帶寬較少，可靠性差。網狀結構的優點是通過多個網絡節點可以提供幾乎實時的迂回選路，使服務得到保護。隨著自由空間光通信技術的不斷完善，由點對點系統向光網絡系統發展是大勢所趨。有專家預測，未來的自由空間光網絡將形成一個立體的交叉光網，可在大氣層內外和外太空衛星上形成龐大的高容量通信網，再與地面上的光纖網絡相溝通，滿足未來的各種通信業務需求。
(5)保密性的研究
自由空間光通信的安全保密性較好，因為紅外激光的波束窄且不可見，很難在空中發現其通信鏈路。同時，激光束定向性好，如果想截取，一般需要在鏈路中插入，這是很難做到的，而即使被截取，用戶也會發現，因為鏈路被中斷。因此，自由空間光通信系統比微波系統安全得多。但是經分析論證，由于自由空間光通信信道的開放性，竊聽信號而又不阻斷光束的傳播，也是可以做到的，所以深入研究自由空間光通信的保密方法和技術是十分必要的[7]。從以上看來，現在FSO的發展方向是：首先提高系統的可靠性，然后在此基礎上增加系統的傳輸速率，傳輸距離，從而找尋FSO更多的使用領域；同時研究FSO的網絡拓撲結構，以使得FSO設備發揮最大得潛能。隨著通信需求和設備技術的進步，自由空間光通信系統已開始進入實用化研究階段。相信不久的將來，激光通信將取代微波通信成為星際間通信的主要手段。無線電系統和光無線系統在許多方面可互為補充，光無線系統能提供小區域的高速連接，而無線電系統能提供大區域內低速通信。各種系統的無縫連接將能使用戶得到更方便的服務。
四、結語
作為一種寬帶接入技術，FSO以其靈活方便的接入方式，較短距離的情況下，以低廉的成本投資可獲得光纖傳送的速率。同時在最后一公里接入等領域也有著相當的競爭優勢。自由空間光通信的任務不是取代已經發展成熟的光纖通信和微波通信，而是發揮自己特色，成為整個通信網絡中的一個環節，與其他通信方式互相補充、互相配合、發揮重要作用，FSO在未來的通信領域中必將占據重要地位。自由空間光通信技術受到越來越多用戶的認可，我們相信兼有光通信和無線通信優勢的FOS技術會有廣闊的、迷人的前景。
【參考文獻】
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作者:楊青麗 單位:電子科技大學成都學院電子工程系
