无线光通信FSO技术图解

无线光通信FSO技术图解

FSO(Free Space Optics)是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。

FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps～10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。

从古人的烽火台传递信息到现在的SONET/SDH，以及到将来的光孤子通信和全光通信，人类的光通信历史可谓渊远流长。但无线光通信技术作为一种光通信技术，却只有三十多年的研究历史。初期，由于光学器件制造成本较高，无线光通信的研究仅限于星际通信和国防通信领域。近年来，由于光通信器件制造技术的飞速发展，使无线光通信设备的制造成本大大下降，人们才又逐渐开始了无线光通信的民用研究。

　　无线光通信在业内被称为 Free Space Optical (FSO)，顾名思义，FSO是一种无需光纤的通信手段，它是现代光纤通信的有利补充，具有以下特点：

　　＊ 快速链路部署。由于无需埋设光纤，施工周期大大缩减，通常只需要几个小时便可以完工。这对于电信运营商来讲，无疑是快速抢占市场的最佳选择。

　　＊拥有光纤传输的性能。理论上，无线光通信的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同。只是光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，无线光通信的光信号在空气介质中传输。因此也有人把无线光通信技术称为虚拟光纤通信技术。

　　＊无线光通信产品作为一种物理层的传输设备，可以不依赖于任何协议。

　　＊与微波无线通信相比，无线光通信产品不需要申请频率使用权。目前世界各厂商提供的设备多工作于红外频带，该频带有相当丰富的频谱资源，且在全世界范围内均不受管制，这为无线光通信技术的灵活应用提供了有利条件。

　　＊传输保密性好。因为它的波束很窄，是不可见的，很难在空中发现一条业务链路。同时，这些波束又非常定向，是对准某一接收机的，如想截接，就需要用另一部接收机在视距内对准发射机，还需要知道如何接收信号，这是很难做到的。即使被截接，用户也会发现，因为链路被中断了。因此，FSO比通常的无线系统安全得多。

一 无线光通信在局域网连接中的应用

图1：局域网的延伸

　　在校园网、小区网或大企业的内部网建设中，经常会碰到这样一种情况：马路对面的新建大楼急需接通，可挖路许可权却迟迟不能得到批准或者根本就无法取到。这时候无线光通信技术便可以大显身手。如图1所示。其中，SNMP（简单网络管理器为可选项）。无线光通信设备配备标准RJ45接口或光接口，且对协议透明，可以非常方便的完成局域网的连接。

　　美国LightPointe公司针对于不同的应用场合，开发了三种系列的产品，可用于不同的网络层次中： FlightLite及FlightPath系列带宽从10M-1.25Gb/p，可以解决Access Layer(接入层)的应用，例如，当一个小区的一处居民楼离控制中心较远这时采用无线光通信的接入方案能很好的解决该处居民楼的联网问题。 FlightSpectrum产品系列可解决 Core Layer(核心层)的应用。通常情况下核心层要保证数据通信的快速，所以需要较高的带宽，FlightSpectrum 产品系列产品很好的解决了相距较远（1-4KM）较高带宽（155M-2.5G）要求的应用。

二 无线光通信在城域、边缘网建设中的应用

图2：城域网的建设及扩展

　　随着社会经济的飞速进步，城市建设的步伐和力度也在不断加大，城市的覆盖面积也在不断增加。早在几年前，各大运营商在抢占通信市场的时候，纷纷着手建设自己的基础网络设施。目前，城域网的建设可谓日新月异，通信带宽可达10G，已基本上能够满足数据通信的需求。随着城市的发展，以往的郊区也逐渐被纳入到城市中心来，如何高效、低成本的实现城域网的扩展，快速占领新市场，越来越成为各大电信运营商关注的问题。图2所示为一种采用无线光通信技术的解决方案。在这种方案中，无线光通信技术集中展现了高带宽的魅力，这种连接方式可以满足城市边缘网通信中对数据通信带宽的需求。因为它具有建设周期短，投入小的特点，已被欧美一些电信运营商采用。

三 无线光通信在最后一公里接入中的应用

图3：光纤到楼

　　由于接入Internet 的需求不断的增长，越来越多的公司，团体，个人要求加入Internet但由于各种实际原因例如公路开挖，敏感地区对微波使用的限制，很多接入没有方案解决，无线光通信输入的诞生为运营商抢占市场提供了一种可行的解决方案。

四 无线光通信在移动通信中的应用

　　移动通信是当今通信领域内最为活跃、发展最为迅速的领域之一，也是将来对人类生活和社会发展有重大影响的科学技术领域之一。自从1981年第一代的以FDMA技术为基础的模拟通信系统建立使用以来，移动通信技术组建演变为以TDMA技术为基础的第二代数字蜂窝移动通信。目前，随着移动电话用户的迅猛增长和移动数据业务的推广，无线网络需要具有更高的带宽和容量。现有的第二代移动通信系统已不能满足这一要求，从而使3G(第三代移动通信技术)成为当今电信业的热点。如何充分地利用现有资源，在最低投入、最快速度的情况下实现从现有的第二代网络(2G)向第三代网络(3G)平化过渡，成为移动网络运营商最为关注的问题。

　　无线光通信技术作为一种接入技术，因为其自身的特点和在施工、带宽、成本等方面的优点，已逐渐成为各大运营商的首选方案之一。下面详细介绍无线通信技术在移动网建设中的应用。

图4 无线光通信技术在2G网中的应用

　　图4所示为一种采用无线光通信技术连接的2G移动网的结构图。主干网到距离最近的天线之间采用光纤连接，经N′E1接口转换器后，由无线光通信设备再连接到其它天线，所有的天线可以共用一个基站，具有以下优点：

* 省却基站到天线之间的链路铺设，缩短了施工时间和施工费用

* 可以多个天线共用一个基站，减少了基站数目

* 大大减少了基站与中心节点之间的光纤铺设费用

*无线光通信技术采用红外激光传输，相邻设备之间不会产生干扰。

　　如图5 所示为目前2G网的微蜂窝结构。按照理想情况，蜂窝小区的天线应架设在蜂窝小区的中心，这样才能保证对小区内的用户提供最佳服务，也使相邻小区间的发射干扰降为最小，如图5（a）所示。但在网络的实际建设过程中，由于建筑或其它地理条件原因，基站和天线无法架设在小区中心位置，因为布线的原因，也无法将基站与天线分开，天线往往与理想位置间有一定的偏差，如图5(b)。2G网中，该偏差相对于微蜂窝直径较小，造成的影响并不十分明显。在2G网向3G网过渡的过程中，微蜂窝的设计直径变小，网格结构变细（根据业务量的多少，微微蜂窝的半径可能会小到500米）。这时天线的偏离便会对通信质量造成较大的影响。无线光通信技术的引入为解决这一问题带来了方便。如图5（c）所示，由于基站和天线之间采用无线光通信设备连接，基站位置可保持不变，而将天线移动到网格中心。运营商只需作很小的投入便可以完成天线的架设。



图5微蜂窝结构的天线架设

　　实际上，无线光通信技术作为一种宽带接入技术，在目前的通信市场中有极为广阔的应用，据Strategis Group预测，无线光通信设备的全球市场到2005年，将会上升到20亿美元。