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近年來，社會飛速發展的同時，通信技術也得到了突飛猛進的發展。隨著社會的日益復雜，人們對通信的傳輸速率有了更高的要求，無線光通信技術作為通信技術中的一種，對人們的生產與生活有著重要的影響。就目前來看，廣域網中大部分信息都是通過光纖進行傳輸的。無線光通信系統的構成
一、無線光通信系統的構成
無線光通信系統主要就是利用光信號進行信息的傳輸，如果在收發機之間信號傳輸路徑暢通，并且光發射功率充足，就能實現信息的有效傳輸。無線光通信系統主要由三部分組成，分別是發射機、信道和接收機。一般只要信號傳輸是點對點形式，就能夠實現全雙工通信。而無線光通信系統能夠實現信息傳輸，依靠的就是光電轉換。發射機用來發射光源，信道用做傳輸通道，當經過光學望遠鏡的光源流經信道之后，被接收機望遠鏡接收，當光信號收集完成之后，光信號就會聚焦在光電檢測器中，此時光信號被轉換成了電信號，完成信號的傳輸。需要注意的是，不同波長的信號，在大氣中擁有不同的透過率，此時采用高透過率的波段更加合適。通常情況下，如果無線光通信系統是FSO系統，則使用的波長大約在850nm。另外，有的系統為了獲得較大的系統功率，可能會選擇1500nm的波長。
二、無線光通信技術的優勢
（1）頻帶寬，速率高。無線光通信的頻帶相對來說較寬，并且在傳輸信號時傳輸速率非常高。光纖通信的頻帶寬度實際上與無線光通信的頻帶寬度沒有較大區別，只是傳輸介質不同而已。通過觀察無線光通信的電磁波譜圖發現，光波的頻率既包含了紅外光和可見光，還包含了紫外光，這證明無線光通信的頻率資源很廣。另外，由于這些頻率不會受到地域的限制，不需要支付額外費用，因此具有一定的經濟性。（2）容量大、功耗低。無線光通信系統具有容量大、功耗低的特點，這主要是因為，光波的頻率很高，因此可以承載大量的信息。又因為激光具有良好的方向性，即使發射的功率很小，也能夠進行信息傳輸，通信終端的功耗非常低。（3）部署鏈路快捷。無線光通信系統最常見的就是FSO系統，使用該系統可以實現快速部署鏈路，因為FSO設備對安裝環境沒有較大要求，因此可以在多個地方進行部署，可以實現空對地、空對空的信息傳輸。并且部署無線光通信設備操作相對簡單，只需耗用幾個小時就可以完成，另外，該系統的經濟支出也很少。（4）傳輸保密好。無線光通信系統具有良好的保密性，這主要與系統使用的光的波長有關，通常選擇1550nm波長的光，該波長的光不易被發現，并且該波長的光束很窄，而被調至傳輸的光信號本身也可以加密，所以信息被盜的可能性很小。
三、無線光通信技術的應用
前幾年較流行的2G蜂窩網絡的最突出的優勢就是提供高容量和廣域的覆蓋。隨著信息時代的到來，使用信息技術的人群越來越多，因此常常出現信道擁堵、話務量大等情況，要解決這個問題，應用最普遍的技術就是微蜂窩技術。隨著人們對網絡需求的日益增大，使用微蜂窩技術已經不能滿足人們的需求了。該技術雖然能夠增加頻譜效率和網絡容量，還能使基站減少覆蓋區域，但是也存在一定的缺陷，不僅會大大增加蜂窩間通信鏈路的速率，同時還會增加數量上的需求?，F在很多國家都使用無線光通信技術來連接微蜂窩基站和宏蜂窩基站，不僅為2G網絡提供了安全的短程寬帶接入，還不會產生干擾，具有很好優越性。（二）在3G網絡中的應用3G網絡系統由于與2G網絡系統相比較，具有頻率更高等諸多優勢，因此在當前的通信市場中被大力建設發展。但是如果基站通信規模較大，使用低寬帶的回程傳輸是不能滿足通信要求的，尤其是居住人口多、商業繁華的城市，要建設全覆蓋的光線線路非常困難。無線光通信由于可以進行短距離傳輸，并且只要傳輸路徑沒有遮擋，就可以完成信息傳輸，因此可以應用到3G網絡中?？梢?，無線光通信技術將在3G網絡中發揮愈來愈重要的作用，應用前景不容小視。
四、無線光通信應用中的問題
（1）大氣媒介的影響。由于無線光通信系統的傳輸媒介是大氣，因此通信傳輸的質量受大氣影響的程度很大，如果天氣過于惡劣，無線光通信的信號會迅速衰減。正常情況下，其信號的傳輸距離可以達到20公里。但是一旦遇到惡劣的天氣，例如暴風雨，無線光通信系統的光信號傳輸就會受到嚴重影響，有時傳輸距離甚至低于50m。（2）傳輸距離與信號質量的矛盾突出。無線光通信的傳輸距離和信號質量是成反比的，越長的傳輸距離，對應的信號質量越差，這與大氣激光通信相比還有很大缺陷。（3）激光的安全問題。激光束的安全性是無線光通信系統必須考慮的問題。如果發射光的功率超過了人類眼睛可承受的范圍，將會對人類的健康產生威脅，因此，安全問題在一定程度上限制了無線光通信的傳輸距離。（4）收發端對準問題。無線光通信技術在收發端對準方面還存在一定的不足，如果發收機之間缺乏相應的視距傳輸條件，就無法實現通信。倘若通信設備處在高度較高，視野寬闊的地方，就會受到大風大雪等天氣的影響，極易發生光路偏移。
五、無限光通信技術的應用前景
每一項新技術的出現都是伴隨著優缺點，無線光通信技術也不例外，但是由于無線光通信技術的優勢更加明顯，能夠有效解決微波傳輸不到位的問題，并且很多企業都沒有光纖線路，因此無線光通信技術具有廣泛的發展前景。
六、結語
綜上所述，隨著信息時代的到來，人們對通信要求越來越高，無線光通信技術作為一種以大氣為傳輸媒介的技術，有效解決了光纖通信技術的弊端，在很多領域都發揮了重要的作用。雖然其在應用上仍然存在一定的問題，但是就現階段來看，其優點明顯大于缺點，因此，無線光通信技術在未來仍然具有較大的發展空間。
作者:郝建勛 單位:中國石油天然氣股份有限公司管道中原輸油氣分公司
無線光通信技術篇2
自從1960年出現激光以來，由于其良好的單色性、方向性及高亮度性特點，其在多個領域中的應用非常突出，特別是在通信領域。由于其極大地促進了通信領域的發展，因此激光的應用掀開了現代光通信史上嶄新的一頁，經過多年的創新發展，各項基本技術也有了很大的進步，在當今的信息傳遞中占有非常重要的地位。
1、無線光通信的概述
光通信主要分為有線光通信和無線光通信兩種。有線光通信即光纖通信，是當前廣域網、互聯網的主要傳輸介質。
1.1無線光通信的定義
無線光通信又被稱為自由空間光通信(FreeSpaceOpticalCommunication，FSOC)，由于激光具有明顯優勢，一般無線光通信大都以激光為載體，所以一般無線光通信指的是無線激光通信(OWC)，又稱自由空間激光通信(FSO)。激光通信指的是利用激光光束作為信息載體來傳遞信息的一種通信方式，它和傳統的電通信一樣，也有兩種形式，即有線激光通信和無線激光通信。其中有線激光通信主要以光導纖維作為傳輸媒質進行信息傳遞的光纖通信，光纖的應用在近二、三十年得到了非常迅速的發展，截至目前，光纖已經成為遠距離、高速信息傳輸的骨干，成為廣域網、互聯網傳輸主要傳輸媒介，傳統的電纜通信正在逐漸被光纖所替代［1］。但是就目前的情況來看，光纖的安裝難度和費用是光纖使用的主要問題，特別是在惡劣天氣或惡劣地質條件下敷設光纜時其工程施工難度更大，建設周期更長，費用也更高。無線激光通信不再使用光纖等傳播媒介，直接利用激光在大氣或外太空中進行信號傳遞，可進行語音、數據、電視、多媒體圖像的高速雙向傳送，不僅包括深空、同步軌道、低軌道、中軌道衛星間的光通信，還包括地面站的光通信，是目前國內外研究的熱點項目，并且開始投入大量人力和物力來爭奪這一領域的技術優勢。
1.2無線光通信的發展歷程
早在1880年發明了電話的貝爾，在發明了電話之后，便有了利用光來通話的想法，于是他利用太陽光作為光源，用硒晶體作為光的接收器，成功完成了213m的光電話試驗。但是由于其穩定性較差，再加上當時無線電技術已經成為當時主流通信技術，因此無線光通信技術的發展受到了嚴重的制約。后來美國科學家梅曼在1960年發明了紅寶石激光器，這種激光器可以作為通信光源，從此激光通信又被提到了研究的日程上。直到20世紀70年代，光纖通信取代大氣光通信開始成為人們研究發展的重點，再后來到1998年無線光通信又重新進入了激烈競爭的通信領域，成為非常有競爭力的無線通信工具，無線光通信的系統結構如圖1所示，與光纖通信系統的結構基本一致，主要區別在于信道由光纖變成了大氣，收發設備上也發生了變化。
1.3無線光通信的優勢及劣勢
無線光通信與其他無線技術相比無需向無線管委會申請頻率執照，其使用的機型也比較小，架設方便，對于解決寬帶接入的問題比較方便快捷。其主要的優勢體現在以下幾個方面:(1)頻帶寬，速度高。由于無線光通信的傳輸介質不同于傳統的傳輸介質，以空氣為傳輸介質的特點使得頻帶比較寬，短距離傳輸速度比較高;(2)兼容多種通信協議。傳統的通信系統中數據的傳輸對協議的依賴性非常強，無線光通信系統突破了這一限制，比如當前主流的以太網、ATM等都支持無線光通信;(3)搭建方便。無論是在何地，都可以進行空間的架設，并且架設周期短，大大節省了人力方面的成本;(4)安全性能高。無線光通信適合的是非常窄的波束，方向性比較強，在抗干擾或抗竊聽方面的比較強［2］。和光纖相比其成本也比較低，大概只有光纖成本的五分之一。其主要劣勢表現在以下幾個方面:(1)無線光通信對位置的精度要求非常高。因此自然界的風、雨、雷等都可能會對無線光通信發射器或接收器的位置帶來偏移的可能性，即使一點微小的位置偏差就會影響光信號的發射和接收;(2)無線光通信對空氣的質量也有較高的要求。空氣中散射的粒子也會對發射或接收的光信號帶來偏差方面的影響;(3)無線光通信主要適用于短距離數據的傳輸。長距離數據的傳輸是光纖的優勢，但是卻是無線光通信的缺點，因此無線光通信的運用范圍變得非常窄;(4)安全因素。由于無線光通信一般都采用激光作為光源，所以對人體的安全會帶來一定的影響。
2、無線光通信的研究現狀
隨著無線光通信再次成為無線通信研究的重點，國內外相關研究機構紛紛投入人力、物力和財力，再次重啟對無線光通信的深入研究。下面通過對國內外相關學者關于無線光通信文獻的查閱，對國內外關于無線光通信的相關文獻進行分析和研究。
2.1國內無線光通信的研究現狀
通過在知網上對國內無線光通信相關文獻的搜索發現，2001—2021近20年間，關于無線光通信方面的文獻，從數量上來看共計1339篇，其中發表在學術期刊上的有725篇，學位論文525篇，會議36次，報紙8篇，成果31項，其中2014年發表的無線光通信方面的文章最多，到2021年略有下降。這些無線光通信的文章主要發表在《光通信技術》《紅外與激光工程》以及《中國激光》等期刊雜志上，而學位論文則主要以北京郵電大學、西安電子科技大學、電子科技大學以及西安理工大學為主。
2.2國外無線光通信的研究現狀
通過在知網上對國外無線光通信相關文獻的搜索發現，2001—2021近20年間，關于無線光通信方面的文獻，從數量上來看共計1755篇，其中學術期刊1534篇，會議203次，圖書16本，相關標準2篇。其中2019年發表的數量最多，2021年略有下降。這些無線光通信方面的文獻主要發表在OpticsExpress，JournalofLightwaveTechnology:aJointIEEE/OSAPublication，PhysicaA:StatisticalMechanicsanditsApplications，AppliedOptics等國外的期刊上。
3、無線光通信的應用
3.1無線光通信的應用場景
3.1.1車載可見光通信
越來越多的車輛制造商開始用白光LED裝備新車輛。交通管制和市政建設單位也將交通信號燈和路燈用白光LED陣列取代。基于LED可高速調制的特性，車輛之間、車輛與交通信號燈或路燈間可實現通信。像交通信號燈的狀態和周邊交通路況均可及時發送至駕駛員，及早做好剎車或道路選擇準備。同時車載傳感器會將車輛的實時信息通過交通信號燈傳送至遠程信息中心，增強車聯網的無線通信功能。類似的概念可用于機場飛機與地面航行控制器、飛機與飛機的無線光通信，以求得高安全性。
3.1.2光學攝像頭通信
傳統的水下通信依賴于聲波技術，但通信速率受限很大。最近半導體光器件的飛速發展為水下高速光通信帶來了曙光。不同的海水對不同光波波長的吸收有顯著差別，海水組分對光的散射也很強。側重于對淺水至深水無線光通信系統構架和技術作深入研究，用于海洋生物種群和海底石油勘探傳感系統。
3.1.3室內可見光定位
在大型復雜場所、建筑物內、大樓內，LED燈將遍布各地。白光LED光源可像GPS系統中的諸多衛星一樣作為提供定位信息的泛在位置傳感器［3］。在大型購物場所，每個LED燈具有一個電標識碼來代表它的位置，貨架及商品的擺放位置可預先由商家錄入圖庫。LED燈會連續廣播它們的位置信息和商業廣告信息。當手持終端一旦進入服務區后，它可與LED燈實時通信以獲得這些信息。購物者通過鍵入商品類別或名稱快速搜索商品位置，并借助一系列LED燈的導向來快速找到商品。
3.1.4室內可見光通信
LED照明系統一個重要的附加應用就是室內移動終端(如手機、筆記本電腦等)嵌入的高速無線光接入和聯網。由于微波信號穿透建筑物時深度衰減，在許多場所由遠方基站發射的信號其到達強度達不到通信性能的要求，致使話音斷續或數據鏈中斷。同時電磁波間相互干擾以及有限的頻譜資源導致系統容量的瓶頸［4］。無線光網具有上網速度快、鏈路性能高、大容量等優點，已成為無線電系統的補充或替代，預期單鏈路可實現近于1Gbps的通信速度，同一空間區域如有若干個終端同時介入，整個網絡可望達到幾十Gbps的容量，并可融合現有有線網絡和無線網絡。
3.2無線光通信應用面臨的挑戰
3.2.1速度問題
盡管無線光通信的設備和組件雖然光譜比整個射頻光譜大3個數量級，但目前存在一些基本的限制，特別是在使用LED作為發射器時，使我們無法充分利用這一巨大的無線傳輸資源。為了克服這一限制，可以使用具有相似帶寬但發射光譜不同的多個設備，這被稱為波分復用(WDM)。從一些關于無線光通信的文獻了解到，采用這種波分利用技術，盡管發射光譜部分會重疊，但4個標準LED的聚合數據速率仍然可以達到15.7Gbps。
3.2.2帶寬問題
從上述要發射光譜為0.45nm的紅光光源需要超過350GHz的設備帶寬來看，顯然當前的LED實現不了如此窄的帶寬發射光譜，而且用當前無線通信技術要想實現350GHz的發射設備帶寬也很難做到。這種設備的局限性目前也正是當下一個非常活躍的研究領域。與點對點通信(如FSO)不同，無線網絡系統必須在室內環境中為潛在的大量終端用戶提供同步無線連接［5］。因此，還有一個額外的挑戰(除了設備帶寬)，這與鏈路和接收機靈敏度有關，這一方面是由于探測器尺寸小，另一方面是由于光功率分布廣泛。
3.2.3精度要求問題
無線光信號的波粒特性所引起的收發取向性和傳輸信道的脆弱性對光信號的可靠傳輸與有效檢測提出了嚴峻的挑戰。首先，新型發散光源有別于傳統的點對點紅外激光通信，降低了收發對準要求，使得系統更容易快速鋪設，但高性能的光學天線更具挑戰性。其次，光信號易受遮擋干擾和空間流體介質的影響，需有效補償信道的脆弱性從而保證通信的可靠鏈接。最后，通過設計調制編碼、系統均衡、弱信號最優檢測技術，揭示通信系統傳輸速率、距離、誤碼率、功率等多種因素的錯綜復雜的交織機理及系統所達到的通信性能極限。
4、結語
綜上所述，無線光通信技術的研究所面臨的挑戰本質上是多學科的，不僅涉及設備物理、通信系統建模、信號處理、通信理論和算法，還涉及計算機科學等相關領域。因此關于無線光通信的研究之路還很長，還需要從多方面入手，認真學習相關的專業知識，爭取能夠進行更深層次的研究和應用。
作者:嚴婧 單位:新鄉職業技術學院
無線光通信技術篇3
光通信可以區分為無線光通信與有線光通信兩類，其中的有線光通信也就是常說的光纖通信，目前已經成為廣域網與城域網中最為主要的傳輸方式，而無線光通信也就是FSO。隨著我國不斷推行最后一公里，其對通信的高寬帶以及低成本有著很大的要求，FSO所具有的寬頻帶、組網便捷、低成本等優勢，從而對最后一公里計劃中存在的問題加以有效地解決。無線光通信對于通信領域而言，其發展前景極為廣闊，應逐漸加強對無線光通信的重視程度。
1、無線光通信概述
1.1系統組成與基本原理
無線光通信中的光信號傳輸通常是利用大氣實現的，滿足收發端不存在視距遮擋和較強的光反射功率便可以實現無線光通信[1]。對FSO系統來說，其主要由光學天線、光路、光發射端機以及光接收端機等構成，在實現點對點間的信息傳輸時，每個區段內均安裝有光發射機以及光接收機，從而可以實現雙工通信。系統所采用的基本技術便是光電轉換，電信號能夠使光發射機出現不同程度的調制，將光學望遠鏡作為接收端的天線，利用發射光學系統進行大氣信道形式的信息傳輸，便能夠在接收端進行光信號的接受，光學望遠鏡將接受的光信號不斷的聚焦于光電檢測器上，最終光電檢測器使光信號再次裝換為電信號。因大氣對于波長不同的光信號有著很大差別的透過率，因此能夠選取透過率相對很好的波段窗口。就目前以無線光通信為前提的通信系統，其主要的光學波長為850nm處的近紅外波，也有采用1500nm波長處的光波，從而能夠實現更大的系統發射功率[2]。
1.2技術特點
①成本低廉，利用大氣作為信息的傳輸媒介，可以省去大量的光纖鋪設以及運行維護資金投入。②不再需要國家對頻譜使用許可的允許，而且頻譜資源非常的豐富。③組網非常的方便與靈活，能夠實現地對空與空對空等各類通信任務，而且施工周期相對較短。④數據傳輸速率非常快速，信息容納量也非常可觀。⑤抗干擾能力較為強大，能夠有效地防止信息丟失。⑥波束將會伴隨傳輸距離的逐漸增加而不斷地變寬，一旦超過某一距離后便無法進行信息的準確接受。⑦天氣與環境等因素對系統有著很大的影響。
2、無線光通信的應用
無線光通信可以將其應用方向歸納為如下幾個主要的方面：①對于不具有接入有線光纖網絡以及原有寬帶容量不足時能夠作為高效穩定的接入方式，無線光通信能夠在不破壞城市中原有路面，從而便捷的使樓宇間成功進行寬帶通信，也能夠在鋪設光纜存在困難的區域以及不存在橋梁等設施的河岸兩側實現數據傳輸。②實現最后一公里的有效地接入，無線光通信能夠對實現最后一公里中存在的實時困難加以有效地解決，提升用戶接入端具有的信息傳輸速率以及容量，可以很好地符合IP網、電信網以及有線電視網在進行三網融合時的帶寬需求。③使企業內部網有效地互聯，無線光通信擁有著相鄰局域網實現良好信息互通的備選方案，不但能夠使局域網中的高速傳輸存在的問題得以解決，而且能夠使局域網互聯變的更為方便，從而建設成更加廣泛的廣域網以及城域網[3]。④可以實現業務的開通，無線光通信網靈活方便、建設快速以及操作簡單，能夠在實現在應急情況下對業務進行快速開通，而且也可以將其建設成臨時活動的一種通信方案。
3、結語
隨著無線光通信的研發對無線通信頻率有著很大的擴展作用，而且其具有隱蔽性強、成本低廉以及安全系數高等優勢，使其在通信領域得到了普遍的應用，雖然在應用中有著一定的技術缺陷，對無線光通信當前的發展有所制約，但是隨著科技的不斷進步，未來無線光通信必然成為主要的通信方式，創造出更多的效益。我國目前尚未完全覆蓋光纖線路，但是對于通信速率有著越來越高的需求，發展無線光通信將是一種非常有效地措施，對我國的通信領域發展有著很好的作用。
參考文獻
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作者:王執旺 單位:海南熱帶海洋學院電子通信工程學院
