光无线通信技术分析解析

光无线通信技术分析光无线通信技术分析 林 刚

(南宁铁路局南宁电务段 广西南宁 530003

【[摘要]]光无线通信技术作为其它接入技术的补充,有其优点也有缺陷。本文通过分析其技术特点,提出了改善其性能的解决方案,探讨这种技术的应用前景。

【关键词】】FSO 特点 解决方案 应用前景 【收稿日期】2010-5-5

【作者简介】林刚(1972—,男,广西桂林人,南宁铁路局电务段段长助理,主要从事通信技术研究.

【中图分类号】TN919.5【文章标识码】】 A Research on Free Space Opti Research on Free Space Optical Communication Technology cal Communication Technology cal Communication Technology

Lin Gang

( Nanning Electricity Services Department of Nanning Railway Bureau, Nanning, 530003

Abstract Abstract:: AS an effective and supplementary technology of communication access, Free Space Optical Communication Technology has its advantages and disadvantages. This paper analyzes characters of FSO technologies and proposes the solutions. Finally, the trends of development and the prospect of application are discussed in detail. Key words Key words ::FSO; characters; solutions;prospect of application

光无线通信技术或称自由空间光通信(FSO,Free Space Optical Communication是一种采用红外激光承载高速信号的无线传输技术,是光通信和无线通信结合的产物,它利用光束信号通过大气空间,而不是通过光纤传送信号,以实现点对点或点对多点的宽带接入。由于其设备也以发光二极管或激光二极管为光源,因此又有“虚拟光纤”之称。

1引言引言

随着接入网业务的不断增多,例如视频点播(VOD、远程教育、交互式图像游戏等业务的兴起,所需的网络带宽将会越来越宽,交互性越来越强,网络接入的方式也将随之改变。网络接入方式的结构,统称为网络的接入技术,其发生在连接网络与用户的最后一段路程,网络的接入部分是目前最有希望大幅提高网络性能的环节。

当前有很多种接入技术可供选择,如光纤、FSO、DSL 以及LMDS 等。尽管铜缆是一种易得的传输媒介,但由于DSL 的带宽太低,使得这种基于铜缆的接入方式并不是解决“最后一公里”路程中的带宽问题的最优方案,对高性能的数据网络和因特网来说的确有些勉为其难;光纤传输因容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等特点无疑是最可靠的通信方式,但光纤到户将是一个漫长的过程,需要投入大量的资金和人力。

近年出现的无源光网络〔PON〕是很有吸引力的方式,其平均到每户的价格可大为下降。但光纤的容量也为多用户分享,每户的实际带宽也就不能太大了,而且装设的时间与一般光纤传送没有太大的改善;LMDS 技术日渐成熟,它比FSO 的传输距离远,但这种接入方式需要高额的初始投资和频谱许可证,传送的总带宽仍受限制,常在622Mbps 以下,相对而言每户承担的价格也较高,此方式的另一个问题是容易受到大雨引起的衰落影响。

FSO 接入作为一种宽带的技术,主要的特点是能以较灵活的无线方式,在短距离内,以比现有系统低得多的投资,较短时间内获得光纤传送的容量,且无需向主管部门申请频率和许可证,作为光纤的一种补充方式,其应用前景将非常广阔。光无线通信

网按照组网的结构来说,可以有点到点、点到多点(星形和网状网三种结构,这三种结构也可以组合起来使用。

2 2 FSO FSO 技术的特点技术的特点

2.1光无线通信技术与其他接入技术相比光无线通信技术与其他接入技术相比的的优点优点

(1部署快速。因为不需要埋设光纤和等待各种手续,光无线通信的无线接收器可以安装在屋顶甚至窗外,在几小时或几天内即可完成连接;无需频谱许可证,光无线通信因设备间没有相互干扰,故无需像无线电通信(如微波、LMDS那样办理频率许可证;

(2带宽很宽。如果采取点到点的组网方式,光无线通信能支持155Mb/s~10Gb/s 的传输速率,传输距离在2-4公里之间。在点到多点的组网方式中,光无线通信能支持155Mb/s~10Gb/s 的传输速率,但传输距离为1~2公里。如果采用网状网的组网方式则可支持622Mb/s 的传输速率,传输距离为200~400米;

(3抗干扰能力强。工作在300GHz 以上的光频段,微波等对其不会构成干扰。而且应用在全球都不受管制,可以免费使用,惟一的要求是设备功率不能超过国际电子技术委员会规定的功率上限;

(4不容易出现传输堵塞。由于光无线通信系统收发端之间为视线传输,端到端之间的信号通道是光的形式,中间没有电转换的介入,系统内光信号的流动没有光电转换的障碍,所以信息在传输时不会出现信息堵塞现象;

(4安全保密性强。光无线通信的波束很窄,定向性非常好且非可视光,因此无法探测到链路的位置,用户到集线器之间的链路通常是加密的,不存在窃听的可能性;协议透明,

以光为传输媒介,任何传输协议均可容易地叠加上去,对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送;

(5成本低。光无线通信的成本是光纤到楼的1/10~1/3;便携性,无线通信装置可灵活拆装,适于临时、应急的通信。

2.2 2.2 光无线通信技术的不足光无线通信技术的不足光无线通信技术的不足 由于光无线通信系统是利用光束信号通过大气空间来传送的,而信号在大气传递中是不够稳定的,受外在条件影响难以保证可用性。另外,对人身安全性及传送的保密性,也存在疑虑。实际上,经过多年的探索,问题逐渐明朗,而且也找到了办法。

3 3 FSO FSO 技术存在主要问题的解决方案技术存在主要问题的解决方案 3.1选用选用合适合适合适的波长的波长的波长降低大气衰耗的影响降低大气衰耗的影响降低大气衰耗的影响

对基于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之外,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。

最近,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。图3.1-a 和图3.1-b 展示了FSO 在不同波长和能见度下的衰减数值和曲线。

不同波长上的大气衰减不同波长上的大气衰减 发射功率(mW

系统A 系统A 系统B 系统B 接收器敏感性(dBm