无线光纤

应用现状

　　目前，无线光纤技术在中国以及全世界的电信行业已被广泛地采用。原因很简单，：无线光纤技术（FSO）可以在城域光网之外提供高带宽连接，而其成本只有地下埋设光缆的五分之一，而且不需要等6个月才能拿到施工许可证。此外，FSO设备的重新部署非常简单，因此有线运营商可避免光缆的安装资金滞留在某一个建筑上的风险。对于无线运营商，在昂贵的E1/T1租用线路和带宽较低的微波解决方案之外，FSO在流量回输方面提供了一个经济的替代选择。在目前这个竞争激烈的环境中，FSO无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署，提高“服务速度”，并降低网络操作费用提供了可能。

　　可是目前在中国，无线光纤技术在广大的企业及事业单位用户中还没有被广泛应用。主要原因是一般的行业用户对 FSO 技术了解不多，很多人甚至没有听说过。另外一些对 FSO 技术的使用存在着一定的误解和疑虑；其中包括：

　　— FSO 的可用性和网络在线时间比较差。

　　— FSO技术对于天气比较依赖：大气的分子吸引、折射率会造成的射束偏转

　　— 因为大气分子和悬浮颗粒而发生的散射（雾、雨、雪）

　　— 由于飞鸟、吊塔或者其他高空障碍物而造成的射束中断

可靠性

　　近年，FSO 技术已被广泛采用，技术方面也有较大的突破。对于大气衰减，稳定性等问题可通过以下几点解决：

　　选用适合的波长-对于基于FSO的系统来说，最常用的光学波长是近红外光谱中的850纳米（nm）。在这个频率上，有足够的能量将电流信号高效地转换成光信号。除了具有快速调制能力，高能量密度对获得高指向性同样有帮助。接收器负责将高容量的调制光信号高效率地转换成电子信号。

　　除此之外，还有一些基于FSO的系统使用1500纳米的波长，可以支持更大的系统功率，但只有在通信距离超过1000米的情况下，才能显示出优势。

　　如今，人们倾向于开发能在近红外光谱之外工作的FSO系统，例如2.2微米左右的中红外光谱，甚至包括量子级联激光（约10微米）。然而，不管使用的是什么波长，在雨雪等天气中（具有较大的悬浮物颗粒），所有基于FSO的系统都具有类似的表现。在大雾天气，长波系统更有优势，因为它受大气衰减的影响较小。表1展示了不同波长和能见度下的衰减曲线。

　　表1: 不同波长上的大气衰减（来源：Modus Technologies, Inc.）

　　使用自动功率控制和定位跟踪技术提高稳定性 -为了开发未来的基于FSO的系统，使其具有更高的可用性和在线时间，需要采取全新的方式。例如，LightPointe是为其无线光纤系统配备一个自动功率控制（automatic power control，APC）和自动跟踪特性的首批公司之一。APC允许产品的发射功率能自动调节，使接收器永远不会出现过度调变的情况。其优点在于，用户可以使用功率更高的发射器，保证无线光纤系统能在雾天使用。在表2展示的例子中，两个基于FSO的系统相距500米部署。其中，系统A的发射功率是1 mW，且不具备自动功率控制特性。系统B则集成了自动功率控制特性。在这种情况下，系统B的优势是显而易见的。由于系统A只能在1 mW的功率下工作，所以在天气晴朗的时候可能出现过度调变的情况。相反，系统B能控制功率，一旦因为天气原因造成能见度低，在这个例子中，它有附加的超过15 dB附加功率可供利用。

　　表2: 有和没有APC的系统对比

　　在无线光纤系统中，发射器和接收器的镜头设计必须在以下几个方面取得平衡：大光圈（接收器大光圈有助于获得较大的光线入射）、较短的焦距（由设备的体积决定）以及更容易的调节功能。相应地，在商业应用中，人们采取各种不同的方式来取得这种平衡。一方面，有些基于FSO的系统使用的是Fresnel（菲涅尔）镜头，它的特点是具有一个较大的接收角和镜面，但缺点在于直射光的高入射（会显着影响接收器的敏感性）。另一方面，有些基于FSO的系统采用多镜头设计，它们的累积光学信号能显着增强发射质量。但是，这种系统的低发射和接收角（1-5 mrad）对调节和系统稳定性提出了更高的要求，尤其是用于超出2000米的远距离通信时。考虑到这个原因，FSO产品的厂商LightPointe进行了一项意义深远的技术革新，即“自动跟踪”。采用可以在x和y轴上移动的万向支架，可以主动调整接收器，在任何情况下都能处在一个理想的位置上。对FSO系统进行控制的软件能够补偿1-10 ms内的大气波动，并能在极短的1 - 10 s内完成补偿。

特点

　　性能卓越：

　　频带宽，速率高，容量大。

　　快速部署：

　　FSO可以远设郊外、翻山越岭、在江河湖海上进行通信，可完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务。系统架设方便，施工简便。

　　低成本应用：

　　激光技术的进步已经使耐用可靠的器件成本降低，在不损失性能的情况下降低了FSO设备的造价，为用户带来实惠。

　　支持任何一种协议传输：通信协议透明，任意传输协议均易叠加上去，对语音、数据、图像等业务可透明传送，适用于任何一种通信协议。

　　无需频谱许可证：

　　不受频谱管制的束缚，因为无线光通信其设备间无信号的相互干扰，故无需像无线电通信（如微波、LMDS）那样申请频率许可证。

　　保密性好：

　　FSO的波束很窄，定向性非常好，并且用户到集线器之间的链路通常是加密的，形成通信链路后很难发现，安全保密性较强。适用于军队保密通信系统及商业商务保密通信系统。

　　体积较小：

　　机载、舰载、卫星承载均十分理想。若使FSO与定位系统和激光跟踪系统相结合，有望实现“动中通”。满足短距离和长距离应用符合眼部安全标准

应用

　　军事通信的部署：符合军事战争对通信设备的要求，设备轻巧、灵活、便携，架设与使用方便。

　　局域网的扩展：可用于扩展已有的城域网或连到新网络，这些链路通常不到达最终用户，而是为网络核心服务。

　　企业应用：FSO的灵活性使它可以应用于许多企业和学校，例如企业LAN到LAN的连接及校园网的连接。

　　作为光纤的补充：目前大多数电信运营商都采用两条光纤连接来保证所构建的商业应用网的安全。现在，运营商无需部署两条光纤链路，可以选择FSO系统作为备份光纤的冗余链路，以节省投资。

　　接入应用：FSO也可用在接入网中，例如吉比特以太网接入。业务提供商可以使用FSO去旁路本地环路系统，或当作LMDS或蜂窝网的回程链路。

　　DWDM业务：想要构建属于自己的光纤网络的独立运营商，可以结合使用WDM与FSO来完成部分链路的传输，以节省光纤租赁费用。

　　总而言之，无线光纤对于军用、民用，陆地、海洋、太空，均十分便利。