1 基本信息
什么是無線光纖技術(FSO)?
FSO技術利用小功率的紅外激光束為載體在位于樓頂或窗外的收發(fā)器間傳輸數(shù)據(jù),紅外波段比微波波段更小,更加靈活和方便。FSO系統(tǒng)的工作頻段在300GHz以上,該頻段的應用在全球不受管制,而且可以免費使用。FSO產(chǎn)品目前最高速率可達2.5G,最遠可傳送4km。
FSO(FreeSpaceOptical自由空間光通信系統(tǒng),簡稱“無線光通信”,又稱無線光纖或者是虛擬光纖)系統(tǒng),
是利用激光作為載體傳輸數(shù)據(jù),提供無線高速點對點或點對多點通信的一種方式,其傳播介質(zhì)不是光纖而是空氣,因此FSO也稱之為“虛擬光纖”通信。FSO系統(tǒng)可傳輸數(shù)據(jù)、視頻、語音等的信息,具有抗干擾能力強、極高的帶寬、安裝簡便快捷、安全及成本低的特點。它同光纖通信一樣可以構建高質(zhì)量的通信系統(tǒng),可廣泛應用于軍事保密通信、城域網(wǎng)路由保護和接入、基站連接等。
無線光纖---FSO系統(tǒng)特點
性能卓越:
頻帶寬,速率高,容量大。
快速部署:
FSO可以遠設郊外、翻山越嶺、在江河湖海上進行通信,可完成地對空、空對空等多種光纖通信無法完成的通信任務。系統(tǒng)架設方便,施工簡便。
低成本應用:
激光技術的進步已經(jīng)使耐用可靠的器件成本降低,在不損失性能的情況下降低了FSO設備的造價,為用戶帶來實惠。
支持任何一種協(xié)議傳輸:通信協(xié)議透明,任意傳輸協(xié)議均易疊加上去,對語音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務可透明傳送,適用于任何一種通信協(xié)議。
無需頻譜許可證:不受頻譜管制的束縛,因為無線光通信其設備間無信號的相互干擾,故無需像無線電通信(如微波、LMDS)那樣申請頻率許可證。
保密性好:
FSO的波束很窄,定向性非常好,并且用戶到集線器之間的鏈路通常是加密的,形成通信鏈路后很難發(fā)現(xiàn),安全保密性較強。適用于軍隊保密通信系統(tǒng)及商業(yè)商務保密通信系統(tǒng)。
體積較?。?/p>
機載、艦載、衛(wèi)星承載均十分理想。若使FSO與定位系統(tǒng)和激光跟蹤系統(tǒng)相結合,有望實現(xiàn)“動中通”。
滿足短距離和長距離應用符合眼部安全標準
應用領域:
軍事通信的部署:符合軍事戰(zhàn)爭對通信設備的要求,設備輕巧、靈活、便攜,架設與使用方便。
局域網(wǎng)的擴展:可用于擴展已有的城域網(wǎng)或連到新網(wǎng)絡,這些鏈路通常不到達最終用戶,而是為網(wǎng)絡核心服務。
企業(yè)應用:FSO的靈活性使它可以應用于許多企業(yè)和學校,例如企業(yè)LAN到LAN的連接及校園網(wǎng)的連接。
作為光纖的補充:目前大多數(shù)電信運營商都采用兩條光纖連接來保證所構建的商業(yè)應用網(wǎng)的安全。現(xiàn)在,運營商無需部署兩條光纖鏈路,可以選擇FSO系統(tǒng)作為備份光纖的冗余鏈路,以節(jié)省投資。
接入應用:FSO也可用在接入網(wǎng)中,例如吉比特以太網(wǎng)接入。業(yè)務提供商可以使用FSO去旁路本地環(huán)路系統(tǒng),或當作LMDS或蜂窩網(wǎng)的回程鏈路。
DWDM業(yè)務:想要構建屬于自己的光纖網(wǎng)絡的獨立運營商,可以結合使用WDM與FSO來完成部分鏈路的傳輸,以節(jié)省光纖租賃費用。
軍用、民用,陸地、海洋、太空,均十分便利。
FSO與RF無線電系統(tǒng)備份
FSO與RF無線電有著不同的系統(tǒng)特點,高頻無線電雨衰較為嚴重而穿透濃霧的能力較強,F(xiàn)SO系統(tǒng)與RF系統(tǒng)正相反。因此,將兩種設備互為備份,可以很好地解決由惡劣氣候?qū)o線通信系統(tǒng)帶來的影響。
無線光纖的質(zhì)疑
◆FSO的可用性和網(wǎng)絡在線時間比較差;
◆FSO技術對于天氣比較依賴,如大氣的分子吸收、折射率會造成射束偏轉;
◆因為大氣分子和懸浮顆粒會發(fā)生散射(不適用于霧、雨、雪天氣);
◆飛鳥、吊塔或者其他高空障礙物會造成射束中斷
2 無線光纖的可靠性
介紹
事實上,近年來FSO在技術方面已經(jīng)有了較大的突破。對于大氣衰減、穩(wěn)定性等問題,目前業(yè)界可通過以下幾種方式進行解決:
選用適合的波長
對基于FSO的系統(tǒng)來說,最常用的光學波長是近紅外光譜中的850納米(nm)。在這個頻率上,有足夠的能量將電流信號高效地轉換成光信號。除了具有快速調(diào)制能力之外,高能量密度對獲得高指向性同樣有幫助。接收器負責將高容量的調(diào)制光信號高效率地轉換成電子信號。
除此之外,還有一些基于FSO的系統(tǒng)使用1500納米的波長,可以支持更大的系統(tǒng)功率,但只有在通信距離超過1000米的情況下,才能顯示出優(yōu)勢。
波長[1]
最近,人們傾向于開發(fā)能在近紅外光譜之外工作的FSO系統(tǒng),例如2.2微米左右的中紅外光譜,甚至包括量子級聯(lián)激光(約10微米)。然而,不管使用的是什么波長,在雨雪等天氣中(具有較大的懸浮物顆粒),所有基于FSO的系統(tǒng)都具有類似的表現(xiàn)。在大霧天氣,長波系統(tǒng)更有優(yōu)勢,因為它受大氣衰減的影響較小。圖1展示了FSO在不同波長和能見度下的衰減曲線。
使用自動功率控制和定位跟蹤技術提高穩(wěn)定性
為了開發(fā)面向未來的基于FSO的系統(tǒng),使其具有更高的可用性和在線時間,需要采取全新的方式。例如,為無線光纖系統(tǒng)配備自動功率控制(automaticpowercontrol,APC)和自動跟蹤特性。APC允許產(chǎn)品的發(fā)射功率自動調(diào)節(jié),使接收器永遠不會出現(xiàn)過度調(diào)變的情況。其優(yōu)點在于,用戶可以使用功率更高的發(fā)射器,保證無線光纖系統(tǒng)能在霧天使用。在附表展示的例子中,2個基于FSO的系統(tǒng)相距500米部署。其中,系統(tǒng)A的發(fā)射功率是1mW,且不具備自動功率控制特性;系統(tǒng)B則集成了自動功率控制特性。在這種情況下,系統(tǒng)B的優(yōu)勢是顯而易見的。由于系統(tǒng)A只能在1mW的功率下工作,所以在天氣晴朗的時候可能出現(xiàn)過度調(diào)變的情況。相反,系統(tǒng)B能控制功率,一旦因為天氣原因造成能見度低,它有超過15dB的附加功率可供利用。
在無線光纖系統(tǒng)中,發(fā)射器和接收器的鏡頭設計必須在以下幾個方面取得平衡:大光圈(接收器大光圈有助于獲得較大的光線入射)、較短的焦距(由設備的體積決定)以及更容易的調(diào)節(jié)功能。相應地,在商業(yè)應用中,人們采取各種不同的方式來取得這種平衡。
一方面,有些基于FSO的系統(tǒng)使用的是Fresnel(菲涅爾)鏡頭,它的特點是具有一個較大的接收角和鏡面,但缺點在于直射光的高入射會顯著影響接收器的敏感性;另一方面,有些基于FSO的系統(tǒng)采用多鏡頭設計,它們的累積光學信號能顯著增強發(fā)射質(zhì)量,但是,這種系統(tǒng)的低發(fā)射和接收角(1~5mrad)對調(diào)節(jié)和系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了更高的要求,尤其是用于超出2000米的遠距離通信時??紤]到這個原因,一些FSO產(chǎn)品的領先廠商(如LightPointe)進行了一項意義深遠的技術革新,即“自動跟蹤”,采用可以在x和y軸上移動的萬向支架,可以主動調(diào)整接收器,在任何情況下都能處在一個理想的位置上。對FSO系統(tǒng)進行控制的軟件能夠補償1ms~10ms內(nèi)的大氣波動,并能在極短的1~10s內(nèi)完成補償。
3 無線光纖的行業(yè)應用
一般來說,凡是需要高帶寬連接而又無法敷設光纜/電纜的情況下,均可使用FSO技術。它的優(yōu)點包括:
◆低成本——安裝簡便,不需預先估計線路成本;
行業(yè)應用[2]
◆不需施工許可證;
◆無干擾;
◆高帶寬—從100Mbps到2.5Gbps;
◆靈活(容易縮放);
◆適用于任何環(huán)境(不依賴某種協(xié)議)。
只有網(wǎng)絡連接得到充分的擴展,延伸到足夠廣泛的客戶群體時,信息產(chǎn)業(yè)令人激動的各種可能性才會成為現(xiàn)實。通過結合無線光纖與光纖技術,網(wǎng)絡能夠迅速地建立起來,并為渴望高帶寬的最終用戶提供價格合理、易于擴展的連接
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