關(guān)于無線光通信傳輸與接入的研究

山西信息規(guī)劃設(shè)計院有限公司 荊俊偉

廈門大學(xué)物理與機電工程學(xué)院電子科學(xué)系 胡靖敏

關(guān)于無線光通信傳輸與接入的研究

山西信息規(guī)劃設(shè)計院有限公司 荊俊偉

廈門大學(xué)物理與機電工程學(xué)院電子科學(xué)系 胡靖敏

無線光通信能夠有效地解決“最后一公里”的老大難問題，并能憑借其獨特的優(yōu)勢來開拓市場。為了能向無線光通信的研究提供服務(wù)，本文在聯(lián)系無線光通信的應(yīng)用現(xiàn)狀及其工作原理的基礎(chǔ)上，詳細地分析了有關(guān)無線光通信的傳輸與接入。

無線光通信；接入；傳輸

無線光通信就是所謂的自由空間光通信，英文簡稱為FSO，能夠有效地打破有線通信受限于區(qū)域的現(xiàn)狀，從而能滿足手機、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)等通訊設(shè)備強勁的發(fā)展需求，即為解決“最后一公里”的老大難問題添磚加瓦。無線光通信具有接入技術(shù)寬帶高、成本低以及傳輸技術(shù)速率高、準(zhǔn)確度高的特點，能在通信領(lǐng)域積極地開拓應(yīng)用空間。

1　 簡述無線光通信的原理

無線光通信就是所謂的自由空間光通信，其英文簡稱為FSO，它的光信號傳輸媒介主要是大氣。發(fā)射機、信道和接收機共同組成了一個完整的無線光通信系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)的每端都設(shè)有光發(fā)射機和光接收機，所以能在兩點對接傳輸?shù)那疤嵯逻M行全雙工通信的運作。

無線光通信總共涵蓋光信號的接收、傳輸以及發(fā)射的三個具體過程，并且該體系的成功運轉(zhuǎn)需要配備光學(xué)望遠鏡和能將有關(guān)功率進行放大的傳輸和接收裝置。要將光電轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用到該體系中，同時電信號進行調(diào)制光發(fā)射機光源的工作，接下來光學(xué)望遠鏡傳輸光信號，接下來接收望遠鏡接收到途經(jīng)大氣信道的光信號；并且光信號在被接收望遠鏡接收后置于光電檢測器中進行聚焦處理，進而轉(zhuǎn)變成光信號，要想實現(xiàn)無線光信號的接入還需經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器解讀數(shù)據(jù)信息的過程。但是，要想有效地提升有著不同透過率的光波長信號，就應(yīng)該有意識的選擇高性能的波段窗口，以最終提升該體系的功率。另外，無線光通信系統(tǒng)也涵蓋像ATP伺服控制系統(tǒng)的多項輔助功能系統(tǒng)，故為維持光通信的穩(wěn)定安全，使得光信號傳播質(zhì)量有所提升，就應(yīng)當(dāng)運用該輔助系統(tǒng)來捕獲、跟蹤定位信號的傳輸路線[1]。

2　 無線光通信應(yīng)用的現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用無線光通信的支撐要素

事實上，有線光通信以及無線光通信共同組成了光通信。目前，在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)當(dāng)中有線光通信已被用戶大量采用，但隨著近年來信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人們對高通信速率的要求，僅僅是有線光通信顯然不足以滿足用戶的需求，所以對無線光通信技術(shù)的需求也應(yīng)運而生了。較之于有線光通信局限性，無線光通信具備不用鋪設(shè)光纜的巨大優(yōu)勢，可有效完成用戶與光纖骨干網(wǎng)的連接，可以用來鋪平“所謂的最后一公里”。因而，實現(xiàn)了寬帶高、成本低效益的無線光通信其應(yīng)用市場正在源源不斷的擴大。

簡單來說，無線光通信能受到用戶青睞的緣由主要有以下幾點：第一，較高的傳輸速率。以無線激光來作為主要的傳輸載體是無線光通信的一大特色，其結(jié)合了傳輸速率可高至10Gbit/s的多種波分復(fù)用技術(shù)，這較之于有線光通信的速率來說其速率已大大提高。第二，經(jīng)濟并且快捷。無線光通信具備無需光纖，并且可以在極其惡劣的環(huán)境中架設(shè)設(shè)備的特點，包括房頂、偏遠山區(qū)甚至是江河湖水上。這有效地縮減了施工工期，節(jié)省了鋪設(shè)光纖的時間，對降低購置光纖的費用起到積極作用，也克服了通信傳輸環(huán)境的不利影響。第三，可以實現(xiàn)較高的安全通信。無線光通信由于無需光纖的特點，這使之抵消了了受制于光纖發(fā)生故障的負面作用，即便會有通信故障形成，它也能盡快地恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)工作。所以，無線光通信可以向抗災(zāi)、救災(zāi)等一系列的緊急突發(fā)事件提供通信上的保障，也可以向應(yīng)急備戰(zhàn)提供有力的技術(shù)支持。并且，由于是通過點對點的連接來實現(xiàn)光通信地，又加上較窄的無線光通信波束，這使之具有很好的方向性，因而有著較高的通信安全[2]。

2.2 應(yīng)用過程中所存在的問題

無線光通信的誕生很好的滿足了現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)以及通信發(fā)展的需求，從而獲得了廣大用戶的認可，是信息化大發(fā)展的產(chǎn)物之一，但它作為一個不太成熟的新生事物，也必不可少地有些不足。

首先，大氣環(huán)境對通信起到主要作用。由于無線光通信有著借助于大氣傳輸?shù)奶攸c，其不可避免地受到影響。倘若氣象惡劣，往往會出現(xiàn)通信受阻、信號缺失乃至通信中斷的不利局面，比如光信號會在霧天發(fā)生散射，在雨雪天會嚴(yán)重減弱[3]。

其次，在點對點的連接上有些不足。因為無線光通信是作為視距寬帶通信技術(shù)來使用的，必不可少地意味著只有當(dāng)具備一定的視線傳播介質(zhì)時，光信號的接收與傳播工作才能在光接收機與光發(fā)射機機間得以實現(xiàn)。倘若將設(shè)備放在比較高的建筑物或者是山區(qū)的頂部時，就易被地震、強風(fēng)等一系列的外力作用產(chǎn)生晃動，從而使激光器的對準(zhǔn)受到影響。

3　 傳輸、接入無線光通信以及有關(guān)注意事項

3.1 對設(shè)備、機理加強控制

只有在光發(fā)射機、傳輸天線以及光接收機的共同作用下，無線光通信系統(tǒng)才能高度安全的順利運行，故要對各組成部分在傳輸接入過程中展開嚴(yán)格控制。

第一，對光發(fā)射機進行控制。光發(fā)射機作為光信號的產(chǎn)生部位，由于光信號需要借助于大氣而進行傳輸需要將具有數(shù)據(jù)類型不同的電信號轉(zhuǎn)變成光信號，并且光信號會在傳輸過程呈現(xiàn)出橢圓形的光斑，在激光管芯中光會發(fā)生耦合行為，所以，有著越高的耦合準(zhǔn)值對應(yīng)著越遙遠的傳輸距離，換言之光信號的傳輸距離與其耦合準(zhǔn)值之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。所以，要將光學(xué)耦合效率以及準(zhǔn)直后光斑的發(fā)散角值加以考慮來設(shè)定耦合準(zhǔn)值，以期盡可能地降低因光信號設(shè)計缺陷對接收性能帶來不利的影響。

第二，對光學(xué)天線加以適當(dāng)?shù)目刂?。由于光纜、光學(xué)傳輸路徑的限制無法限制無線光信號，所以其在傳輸信號的進程中易發(fā)生散角，從而加重其耗損，最終會制約確定傳輸方向。由于凹面鏡或凸面鏡構(gòu)成了所謂符合聚焦原理的光學(xué)天線系統(tǒng)，所以要想提升其傳播質(zhì)量就要試圖減少光信號的散射。因而，要選擇合適的光學(xué)天線，精準(zhǔn)計算聚光斑點尺寸，從而來提高光信號的接受效率及其有關(guān)的接受度。

第三，對接收機加以適當(dāng)?shù)目刂?。在傳輸過程中光信號往往會發(fā)生碼間串?dāng)_現(xiàn)象，另外，自然光也會形成一定的噪聲譜的背景光，這些因素綜合作用會降低光信號的質(zhì)量，進而削減接收機所能接收的光信號；并且，其傳輸環(huán)境又較為復(fù)雜，影響因素比較復(fù)雜，無線光通信的接收機要具有、較強的濾波能力、較高的抗干擾能力以及靈敏的信號接收能力，還能夠有效地對動態(tài)信息進行大范圍的接收[4]。

3.2 對瞄準(zhǔn)研究進行加強

要通過提升接收機對信號的接收能力，減弱大氣顆粒、大氣噪聲的影響從而提高激光器的對準(zhǔn)度，改善通信質(zhì)量，必要時需借助于非機械裝置來輔助激光器進行精準(zhǔn)、快速的對準(zhǔn)。

3.3 安置輔助系統(tǒng)

提高無線光通信質(zhì)量的一個重要條件便是輔助系統(tǒng)的使用，輔助系統(tǒng)能對光信號要求高，跟蹤、瞄準(zhǔn)傳輸距離長的條件下能發(fā)揮巨大效果，有助于實現(xiàn)自動對準(zhǔn)光學(xué)天線，所以要關(guān)注安置輔助系統(tǒng)。

3.4 注意操作安全

光信號對人眼危害極大，故一定要在其接入、傳輸?shù)倪^程中加強相應(yīng)的操作安全的管理，戴好眼罩是工作人員的必備工作步驟，將計算發(fā)射功率的工作做好并使之可控，從而使人身安全得到保障。

4　 結(jié)語

作為一種能夠為廣大的用戶提供更加快速、便捷服務(wù)的新型寬帶技術(shù)的無線光通信，要想進一步提升無線通信的通信質(zhì)量，只有大力研究、探討無線光通信接入與傳輸機理，也才能進一步保證其發(fā)展壯大，從而最大程度地發(fā)揮無線光通信的積極作用。

[1]孫麗麗,張華棟,李茜．無線光通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)通信,2009(1)．

[2]丁樹義．無線光通信技術(shù)淺析[J]．通信技術(shù),2011(10)．

[3]歐陽勁松,黃徐．無線光通信技術(shù)在機動式系統(tǒng)中應(yīng)用[J]．指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2013(1)．

[4]劉杰．無線光通信的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．中國新通信, 2014(5)．

荊俊偉（1985—），男，山西襄汾人，山西信息規(guī)劃設(shè)計院有限公司通信工程師（中級），研究方向：傳輸與接入專業(yè)。