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[圖]無線光通信技術及其應用

訊石光通訊網   發(fā)布時間:2007/5/10 9:16:57   編者:ICCSZ    
摘要： 編者按： 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，已成為廣域 

      


      



          編者按：</FONT></DIV>

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          光通信分為有線光通信和//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>兩種。其中，有線光通信即光纖通信，已成為廣域網、城域網的主要傳輸方式之一；//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>又稱自由空間光通信(FSO，Free Space Optical communication)。近年來，隨著“最后一公里”對高帶寬、低成本接入技術的迫切需求，FSO在視距傳輸、寬帶接入中有了新的發(fā)展機遇，同時由于光通信器件制造技術的飛速發(fā)展，//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>設備的制造成本大幅下降，FSO得到越來越多的應用。雖然目前FSO的使用無需通過政府的頻率許可（目前無線電頻率劃分至300GHz，而光波遠遠超過該頻率），但對于無線電管理部門來說，了解這種全新的通信技術的特征和發(fā)展趨勢是大有裨益的。</FONT></DIV>

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          1 //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)的構成</STRONG> </FONT></DIV>

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          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)以大氣作為傳輸媒質來進行光信號的傳送。只要在適當距離的收發(fā)兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發(fā)射功率，即可實現//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>。 </FONT></DIV>

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          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)的一般原理如圖1所示，由激光源、摻鉺光纖放大器、發(fā)射光學系統(tǒng)、接收光學系統(tǒng)和接收機等組成，具體儀器包括專用望遠物鏡、標準光收發(fā)機和高功率的Er/Yb光放大器等，其中望遠物鏡和光收發(fā)送機組合在一起。其關鍵技術是多徑發(fā)射和使用放大器補償光通道損耗。</FONT></DIV>

       </DIV>

          在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發(fā)射機和光接收機，可以實現全雙工通信。系統(tǒng)所用的基本技術是光電轉換。光發(fā)射機的光源受到電信號的調制，通過作為天線的發(fā)射光學系統(tǒng)，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠鏡；接收機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。</FONT></DIV>

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     由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，FSO系統(tǒng)一般選用透過率較好的波段窗口，最常用的光學波長是近紅外光譜中的850nm；還有一些FSO系統(tǒng)使用1500nm波長頻段，可以支持更大的系統(tǒng)功率。</FONT></TD>


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      圖1 //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)的原理</FONT></P></TD>

      
  

          2 //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)的優(yōu)點</STRONG></FONT></DIV>

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          當前，雖然//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>技術還有待成熟，但它以獨特的方式、顯著的優(yōu)點，擁有著巨大的市場潛能。</FONT></DIV>

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          (1) 頻帶寬，速率高 </FONT></DIV>

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          理論上，//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>的傳輸帶寬與光纖通信的傳輸帶寬相同。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。目前國外//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)一般使用1550nm波長（頻率約為1.935×105GHz）頻段，傳輸速率可達10Gbit/s(4×2.5Gbit/s)，即可完成12萬個話路，其傳輸距離可達5km。國內//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)一般使用850nm波長（頻率約為3.529×105GHz）技術，速率為10Mbit/s～155Mbit/s，傳輸距離可達4km。 </FONT></DIV>

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          (2) 頻譜資源豐富 </FONT></DIV>

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          與微波技術相比，FSO設備多采用紅外光傳輸方式，有非常豐富的頻譜資源，無需向無線電管理部門申請頻率執(zhí)照和交納頻率占用費，也不會和微波等無線通信系統(tǒng)產生相互干擾。</FONT></DIV>

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          (3) 適用多種通信協(xié)議 </FONT></DIV>

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          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>產品作為一種物理層的傳輸設備，可以用在SDH、ATM、以太網、快速以太網等常見的通信網絡中，并可支持2.5 G bit/s的傳輸速率，適用于傳輸數據、聲音和影像等信息。 </FONT></DIV>

       </DIV>

          (4)部署鏈路快捷</FONT></DIV>

       </DIV>

          FSO設備可以直接架設在樓頂，甚至可在水域上部署，能完成地對空、空對空等多種光纖通信無法完成的通信任務，其施工周期較短，可以在數小時內建立起通信鏈路，而建設成本只有地下光纖的五分之一左右。</FONT></DIV>

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          (5)傳輸保密性好</FONT></DIV>

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          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>的安全性是非常顯著的。//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>具有很好的方向性和非常窄的波束，因此，對其竊聽和人為干擾幾乎是不可能的。 </FONT></DIV>

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          3 //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>的應用</STRONG></FONT></DIV>

       </DIV>

          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>的主要應用可歸結為如下幾個方面。</FONT></DIV>

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          (1)在不具備有線接入條件或原帶寬不足時提供高效的接入方案</FONT></DIV>

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          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>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(qū)、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。</FONT></DIV>

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          (2)有效解決“最后一公里”問題</FONT></DIV>

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          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>可以解決各種業(yè)務接入的“最后一公里”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。</FONT></DIV>

       </DIV>

          (3)力助局域網互聯(lián)</FONT></DIV>

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          FSO提供了臨近局域網之間互連互通的選擇方案，不僅可以解決局域網內用戶接入的高速傳輸問題，還可方便地實現局域網之間的連接，形成更大范圍的城域網和廣域網。</FONT></DIV>

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          (4)應急備用方案</FONT></DIV>

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          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>可以作為有線通信線路故障或緊急搶險時的應急備用鏈路，也可作為大型臨時活動的通信解決方案。</FONT></DIV>

      </FONT> </DIV></TD>

      


          (5)快速組建電信網絡</FONT></DIV>

       </DIV>

          對于新興的電信網絡運營商來說，//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>網絡可以幫助其快速組建本地網，以較少的資金、人力和時間完成城域網建設；對于傳統(tǒng)的電信網絡運營商來講，//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>網絡系統(tǒng)可以作為其光纜傳輸系統(tǒng)的補充，用于不便鋪設光纜的區(qū)域。建設周期短、所需費用少，//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>網絡系統(tǒng)可以實現先組網再銷售的商業(yè)模式。</FONT></DIV>

       </DIV>

          此外，FSO在衛(wèi)星間、衛(wèi)星與地面站間有著重要的應用。如在1995年美國與日本所進行的聯(lián)合試驗中，實現了日本菊花-6衛(wèi)星與美國大氣觀測衛(wèi)星相距39000km的雙向光通信。這是一種遠距離通信應用，目前仍在研發(fā)之中，但衛(wèi)星間光通信具有容量大、不需進行ITU國際協(xié)調等優(yōu)勢，將成為重要的衛(wèi)星通信手段之一。
      </FONT></DIV></TD>

      		

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      圖2 //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>在城域范圍內的各種應用</FONT></P></TD>

      
  

          4 存在的問題</STRONG></FONT></DIV>

       </DIV>

          雖然//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>網絡系統(tǒng)獨具魅力，擁有大量潛在的應用市場，但也存在許多有待完善的地方。目前，其主要問題有：</FONT></DIV>

       </DIV>

          (1) 收發(fā)端對準問題</FONT></DIV>

       </DIV>

          FSO是一種視距寬帶通信技術，發(fā)射機與接收機之間需要嚴格的視距傳輸條件才能實現通信。當通信設備安裝在高樓的頂部時，在風力的作用下設備會發(fā)生擺動，這樣便會影響激光器的對準精度。樓宇結構中某些部分的熱脹或輕微地震等因素，有時也會導致發(fā)射機和接收機無法對準。 </FONT></DIV>

       </DIV>

          (2)大氣媒介的影響</FONT></DIV>

       </DIV>

          惡劣的天氣情況，會對FSO的傳播信號產生衰耗作用。空氣中的散射粒子，會使光線在空間、時間和角度上產生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收激光的能量，使信號的功率衰減。衡量FSO信號可靠性指標之一——LINK MARGIN，單位為dB，其意義為FSO設備正常工作所允許的最大功率損耗。一個典型的FSO系統(tǒng)的LINK MARGIN值為20dB，即在天氣晴好的條件下，光信號每公里的功率損耗大約為1dB，也就是說，一般//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)的最大工作距離是20公里。FSO采用的紅外光在空氣中傳播時易受各種氣候因素的影響，如雨、強烈日光等。在大霧天氣下，信號衰減可達到每公里400dB，這使FSO系統(tǒng)的有效工作距離不到50米，甚至比無線局域網傳輸距離還要短。因此，FSO需要尋求一種最優(yōu)波長頻率，并在通信鏈路中找出波長與性能的最優(yōu)組合。</FONT></DIV>

       </DIV>

          (3)傳輸距離與信號質量的矛盾突出</FONT></DIV>

       </DIV>

          FSO傳輸距離越大，光束就會越寬，接收端收到的光信號質量越差。目前較遠距離的大氣激光通信的研究還沒有取得突破性進展。</FONT></DIV>

       </DIV>

          (4)激光的安全問題</FONT></DIV>

       </DIV>

          激光束的安全性是FSO系統(tǒng)必須考慮的問題。光信號發(fā)射功率必須限制在保證人類眼睛安全的功率范圍內，這也限制了FSO的通信距離。</FONT></DIV>

       </DIV>

          5 總結</STRONG></FONT></DIV>

       </DIV>

          //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>作為一種快捷的寬帶網實現方式，已經逐步成為現實。本文簡單介紹了//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>的基本概念、系統(tǒng)的構成、特點和優(yōu)勢，以及在通信領域的應用及研究情況，同時也分析了其存在的技術問題。</FONT></DIV>

       </DIV>

      //3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>系統(tǒng)將來的研究將集中在增加傳輸容量、延長傳輸距離、自動方向對準、降低設備成本等方面。如果這些問題能得到有效解決，那么FSO將發(fā)揮巨大潛能和優(yōu)勢,成為無線通信領域的一個新亮點。</FONT></DIV>

       </DIV>

          參考文獻</STRONG></FONT></DIV>

       </DIV>

          [1] 陳金鷹，“//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>技術應用與討論”，成都理工大學信息工程學院.</FONT></DIV>

       </DIV>

          [2]“//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>FSO技術簡介”，人民郵電報.</FONT></DIV>

       </DIV>

          [3] 陳聰，“//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>(FSO)技術”，中國計算機報，網絡與通信版.</FONT></DIV>

       </DIV>

          [4] 董新慧, “//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>技術”，河北石家莊電業(yè)局.</FONT></DIV>

       </DIV>

          [5] 尹璐，“悄然興起的//3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e6%97%a0%e7%ba%bf%e5%85%89%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">無線光通信</a>”，北京理工大學繼續(xù)教育學院.</FONT></DIV>

       </DIV>

      作者：廣東省無線電監(jiān)測站 范國良 來源：中國無線電</FONT></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE></P> 
      
          
        
      
        
      
          
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            關鍵字: 無線光通信 /
      
            文章標題:[圖]無線光通信技術及其應用
      
          
      
        
      
        
      
          
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