工控摘要：無線光通信技術高速率數據傳輸系統構成光通信分為有線光通信和無線光通信兩種。其中，有線光通信即光纖通信，在過去的幾年中，由于人們對傳輸速率的要求越來越高，使用高速率數據傳輸的用戶數量每年都在遞增。
　　
　　光纖通信因為能傳輸高速率的數據，已成為廣域網、城域網的骨干網絡之一，如今在廣域通信網中更有80%以上的信息是通過光纖傳輸的。無線光通信又稱自由空間光通信（FSO，FreeSpaceOpticalcommunication）。其作為一種光通信技術，具有三十多年的研究歷史。zui初，由于光學器件制造成本較高，無線光通信的研究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，導致無線光通信設備的制造成本大幅下降，尤其是其解決了從光纖骨干網到用戶之間的"zui后一英里"的問題，人們才又逐漸開始了無線光通信的民用研究。
　　
　　一、無線光通信技術的現狀：
　　
　　1、國外研究現狀
　　
　　在FSO領域，國外已經開始了將近10年的研究，但是FSO產品真正投入使用也就是zui近幾年的事情。在FSO這個領域里，國外幾個大的FSO廠家，包括LightPointe、AirFiber、Canon、Terabeam。
　　
　　LightPointe將自由空間光學技術用于創造、設計和制造電信公司等級的光傳輸設備，向電信服務商提供比傳統光纜傳輸速度更快、成本更低的高速通訊解決方案。LightPointe的系統以超快的帶寬速度提供安全可靠的無線傳輸，速度zui高可達2.5Gbit/s，產品適應性強，可解決城市地區的連接問題。
　　
　　AirFiber位于美國加洲SanDiego，主要服務于大城市大樓寬帶接入。它的產品稱為OptiMesh，網絡結構為網眼狀拓撲結構，冗余備份短距離622Mbit/s無線光傳輸系統。
　　
　　Canon主要產品有：CanobeamDT-50，速率從25Mbit/s到622Mbit/s，可連接FastEthernnet、FDDI、ATM。特點是具有自動跟蹤系統，調整探測器件的位置以檢測激光束的光軸，所以不因建筑物的擺動而使傳輸中斷。同時，鏡頭自動跟蹤特性增加傳輸距離達2km。CanobeamIII：數據速率達到622Mbit/s，有不同的網絡接口，如ATM、FDDI、FastEthernet，并可選擇SNMP的TCP/IP。
　　
　　TeraBeamInternetSystems產品是基于IP的無光纖點到多點網絡，發送和接收機，固定在辦公室窗戶上小衛星碟。這些衛星碟型天線的波束與安裝在樓內的基站相連。
　　
　　2、國內研究現狀
　　
　　目前在中國，無線光纖技術基本處于起步階段，有幾家公司在實驗室作出了樣機，但是沒有規模性的生產，主要原因有FSO本身的可靠性問題，一些人對FSO技術存有一定程度的誤解和疑慮;還有一些用戶對FSO技術了解不多。
　　
　　桂林三十四所、清華同方有限公司、中科院成都光電技術研究所、深圳飛通有限公司、上海光機所等幾家單位，有比較成熟的樣機。
　　
　　桂林三十四所產品的主要性能參數有以下一些，傳輸速率：8Mbit/s，34Mbit/s，155Mbit/s;工作波長：850nm;通信距離：1~4km;光發射功率：小于40mW。
　　
　　清華同方推出了面向未來的無線光鏈路的自由空間通信產品OWLinkE100。清華同方在快速追蹤系統具有自動校準功能獲得了，其產品還遵循眼睛安全標準。
　　
　　中科院成都光電技術研究所，開發的產品主要性能參數有傳輸速率:10Mbit/s;工作波長：850nm;通信距離：1~4km;發射功率：3~30mW。
　　
　　上海光機所承擔的"無線激光通信系統"具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能。其傳輸速率可以達到622Mbit/s，通信距離可以達到2km。自動跟蹤系統采用雙波長同光路接收鏡筒和高靈敏度位敏探測器，實現靈敏的伺服跟蹤。深圳飛通有限公司開發出的樣機，其速率有155Mbit/s、622Mbit/s以及1.25Gbit/s幾種，通信距離zui遠可達4km。
　　
　　二、無線光通信系統的構成
　　
　　無線光通信系統是以大氣作為傳播媒質來進行光信號的傳遞的。只要在收發兩個端機之間存在無遮擋的詩句路徑和足夠的光發射頻率，就可以通信。一個無線光通信系統包括三個基本部分：發射機、信道和接收機。在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發射機和光接收機，可以實現全雙工的通信。系統所用的基本技術是光電轉換。光發射機的光源受到電信號的調制，通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠鏡;在接收機中，望遠鏡收集接收到光信號并將它聚焦在光電檢測器中，光電檢測器將光信號轉換成電信號。由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段窗口。對基于FSO的系統來說，zui常用的光學波長是近紅外光譜中的850nm;還有一些基于FSO的系統使用1500nm的波長，可以支持更大的系統功率。
　　
　　三、無線光通信系統的特點和優勢：
　　
　　1、頻帶寬，速率高
　　
　　從理論上講，FSO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，而FSO的光信號在空氣介質中傳輸。FSO產品目前zui高速率可達2.5Gbit/s，zui遠可傳送4km。
　　
　　2、頻譜資源豐富
　　
　　與微波技術相比，FSO設備多采用紅外光傳輸，有相當豐富的頻譜資源，不需要申請頻率執照，也不需要交納頻率占用費，這是一般微波通信和無線通信*的。
　　
　　3、適用任何通信協議
　　
　　適用于任何環境，不依賴某種協議。現在通信網絡常用的SDH、ATM、以太網、快速以太網等都能通過，并可支持2.5Gbit/s的傳輸速率，用于傳輸數據、聲音和影像等各種信息。
　　
　　4、架設靈活便捷
　　
　　FSO可以直接架設在屋頂，以及在江河湖海上進行通信，可以完成地對空、空對空等多種光纖通信無法完成的通信任務，而且無需埋設光纖，可以在幾小時內建立起通信鏈路，方便快捷，大大縮短了施工周期。
　　
　　5、安全可靠
　　
　　無線光通信的安全性是非常顯著的，由于光通信具有非常好的方向性和非常窄的波束，因此竊聽和人為干擾幾乎是不可能的。
　　
　　6、經濟
　　
　　光纖網絡的成本通常很高，鋪設過程耗時，而且投資不可撤回，而無線光通信技術可以在城域光網之外提供高帶寬連接，而成本只有在地下埋設光纜的五分之一。
　　
　　四、無線光通信系統存在的問題
　　
　　FSO是一種視距寬帶通信技術，發射機與接收機之間需要嚴格的視線傳播，當通信設備安裝在高樓的頂部時，在風力的作用下建筑物會發生擺動，這樣便會影響激光器的對準。由于大樓結構中某些部分的熱脹或輕微的地震等原因，有時也會導致發射機和接收機無法對準。
　　
　　惡劣的天氣情況，會對傳播信號產生衰耗。空氣中的散射粒子，會使光線在空間、時間和角度上產生偏差。大氣中粒子還會吸收激光的能量，衰減信號的發射功率。
　　
　　傳輸距離與信號質量的矛盾非常突出，傳輸距離越大，光束就會越寬，接收的光信號質量越差。
　　
　　激光的安全問題必須考慮。發射功率必須限制在保證眼睛安全的功率范圍內。
　　
　　五、無線光通信的應用
　　
　　無線光通信的主要應用可歸納為如下幾個方面
　　
　　（1）在不具備有線接入條件或原帶寬不足時提供的接入方案
　　
　　無線光通信可以不必在城市內破路埋線而快速地在樓宇間實現寬帶數字通信，也可在不便鋪設光纜地區、沒有橋梁的大河兩岸之間實現寬帶數據通信傳輸。在1994年，加里福尼亞的ThermoTrex公司，成功地進行了在相距42km、海拔高度為2133m的兩座山峰之間的傳輸實驗，傳輸數速率為1.2Gbit/s。
　　
　　（2）有效解決“zui后一公里”問題
　　
　　無線光通信可以解決各種業務接入的“zui后一公里”問題，提高用戶接入端的傳輸容量和速度，能夠較好地滿足電信網、有線電視網和IP網三網合一對帶寬的要求。
　　
　　四、無線光通信系統存在的問題
　　
　　FSO是一種視距寬帶通信技術，發射機與接收機之間需要嚴格的視線傳播，當通信設備安裝在高樓的頂部時，在風力的作用下建筑物會發生擺動，這樣便會影響激光器的對準。由于大樓結構中某些部分的熱脹或輕微的地震等原因，有時也會導致發射機和接收機無法對準。
　　
　　惡劣的天氣情況，會對傳播信號產生衰耗。空氣中的散射粒子，會使光線在空間、時間和角度上產生偏差。大氣中粒子還會吸收激光的能量，衰減信號的發射功率。
　　
　　傳輸距離與信號質量的矛盾非常突出，傳輸距離越大，光束就會越寬，接收的光信號質量越差。
　　
　　激光的安全問題必須考慮。發射功率必須限制在保證眼睛安全的功率范圍內。
　　
　　五、無線光通信的應用
　　
　　無線光通信的主要應用可歸納為如下幾個方面
　　
　　（1）在不具備有線接入條件或原帶寬不足時提供的接入方案
　　
　　無線光通信可以不必在城市內破路埋線而快速地在樓宇間實現寬帶數字通信，也可在不便鋪設光纜地區、沒有橋梁的大河兩岸之間實現寬帶數據通信傳輸。在1994年，加里福尼亞的ThermoTrex公司，成功地進行了在相距42km、海拔高度為2133m的兩座山峰之間的傳輸實驗，傳輸數速率為1.2Gbit/s。
　　
　　（2）有效解決“zui后一公里”問題
　　
　　無線光通信可以解決各種業務接入的“zui后一公里”問題，提高用戶接入端的傳輸容量和速度，能夠較好地滿足電信網、有線電視網和IP網三網合一對帶寬的要求。
　　
　　1、發射、接收的瞄準的研究
　　
　　在大風中或因地震引起大樓的擺動，發射機發送的光信號對不準接收機，產生的誤差大，甚至通信無法實現。目前的研究方向在于提高激光的瞄準，怎樣利用非機械裝置來實現的對準和快速瞄準;在接收機方面，散射光線也帶有信息，接收散射光線越多，接收的信號能量越大，但同時接收的噪聲也越大，所以盡量提高接收機接收信號總功率，又不能降低信噪比成為研究目標。
　　
　　2、減小大氣對通信的影響
　　
　　在不同的環境中不同波長的光線會有不同的傳播特性，這些不同的特性導致了在不同環境下，不同波長的光線會有不同的吸收窗口、不同的散射函數以及不同的折射率，需要尋求一種*波長，在通信鏈路中找出波長與性能的*組合。
　　
　　3、傳輸速率的提高
　　
　　FSO相對于其他接入設備zui大的優勢之一就是帶寬。現在FSO產品的速率從2Mbit/s開始，形成多個系列，比較典型的有10Mbit/s、100Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s。有的公司采用波分復用技術，速率可以達到2.5Gbit/s、10Gbit/s。
　　
　　綜上所述，無線光通信作為一種新興的技術，在社會的各個領域都具有著很大的開發和發展潛力，伴隨著FSO技術的不斷完善及基礎設備的不斷革新，其必將正在成為一種熱門技術，必會引起通信領域的重大變革。