無線光通信技術分析與前景研究

俞 浩

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

1 無線光通信技術的相關內(nèi)容

1.1 無線光通信技術概念

通常情況下，無線光通信技術可以簡單理解為無線通信與光纖通信相結(jié)合的產(chǎn)物，主要是借助激光波在真空或者大氣中完成信息傳輸?shù)囊环N技術。

1.2 無線光通信系統(tǒng)及組成部分

無線光通信的組成比較簡單，主要借助大氣來完成光信號傳送。在這個過程中，只需要收發(fā)兩個端機之間的路徑?jīng)]有被遮擋便可保證光發(fā)射率的充足，從而完成通信。

一般情況下認為，無線光通信系統(tǒng)主要包括發(fā)射機、信道以及接收機3個部分。在進行點對點傳輸時，要確保每一端都具備光發(fā)射機與光接收機，以此實現(xiàn)全雙工通信。同時，從系統(tǒng)角度出發(fā)，主要運用光電轉(zhuǎn)換技術。在光發(fā)射機中，光源往往會受到電信號的調(diào)制。借助光學望遠鏡實現(xiàn)光信號從大氣到望遠鏡的接收。此外，接收機中，望遠鏡能夠完成光信號在廣電檢測器中的聚焦，并利用觀點檢測器促使光信號向電信號方向的轉(zhuǎn)換。過程中考慮到不同光波長信號在大氣空間中透過率的差異，也要注重通過率較好的波段窗口選擇。而針對無線光通信的系統(tǒng)來說，目前主要使用的光學波長是近紅外光譜中的850 nm，也有一部分使用的是1 500 nm的波長，并能夠支持更大的系統(tǒng)功率。

1.3 無線光通信系統(tǒng)的優(yōu)勢

無線光通信技術受到了人們的高度重視，一部分原因源于技術本身的性能與潛能[1]。第一，無線光通信技術的頻段資源更豐富。理論上講，無線光通信的傳輸寬帶非常大，并且無線光通信技術的信號傳輸方式也與光纖不同，主要借助空氣完成傳輸。同時，從無線光通信技術的光譜圖來看，頻段資源非常豐富。當前全球范圍內(nèi)，光資源沒有被管制，等同于免費使用，最大限度地減低了成本。第二，無線光通信技術的容量要更大。一般情況下認為光波的頻率非常高，能夠承載的信息量也非常大，可以應用于信息龐大的系統(tǒng)。第三，無線光通信技術的損耗非常低。這主要是因為激光在傳輸過程中具有極佳的方向，因此便會降低傳輸中的損耗。第四，無線光通信技術的保密性非常好。無線光通信在進行傳輸時，自身便可以實現(xiàn)加密。同時，無線光通信采用的是不可見光波，肉眼很難在空氣中發(fā)現(xiàn)。最主要的是無線光通信的光波束要十分窄，竊取難度大。

2 無線光通信技術在實際應用與發(fā)展中存在的一系列問題

隨著我國社會、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，半導體激光器與光探測器技術不斷發(fā)展。在這樣的背景下，人們越來越重視無線光通信技術。但是，在現(xiàn)實發(fā)展中，無線光通信仍然面臨著大量挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在無線光通信技術系統(tǒng)的獨特性上，同時擁有更廣闊的市場，但仍需要針對具體問題做好具體的完善工作。

2.1 無線光通信技術受到大氣媒介的影響

在無線光通信技術應用的影響因素中，大氣值得關注。尤其是惡劣的天氣，往往會對無線光通信的傳播信號產(chǎn)生嚴重的衰耗。同時，留存于空氣中的散射粒子，也會使無線光通信光線出現(xiàn)時間和空間角度上的偏差。在晴好天氣下，通常認為光信號的功率消耗可控制在1 dB/km，即無線通信系統(tǒng)的最大工作距離是20 km。但是，因為無線光通信采用的是紅外光，所以在空氣中進行傳播時易受到各類因素的影響，如下雨、強烈日光等。而在大霧環(huán)境中，無線光通信信號會被衰弱到400 dB/km，使無線光通信的有效范圍僅僅不足50 m。這個距離甚至比不上無線局域網(wǎng)傳輸。因此，在無線光通信的應用中需要尋求一種最優(yōu)波長頻率，并盡可能做到波長與性能的結(jié)合。

2.2 無線光通信技術在信號質(zhì)量與傳輸距離上的矛盾

無線光通信技術在信號質(zhì)量與傳輸距離上的矛盾已經(jīng)是一個老生常談的話題。通常表現(xiàn)為無線光通信傳輸?shù)木嚯x越大，光束的寬度就會越寬，且接收端接收的信號質(zhì)量也會越差。如今針對這一問題的解決還沒有形成一個有效的對策，仍需要進一步發(fā)展。

2.3 無線光通信技術激光存在的安全問題

在無線光通信技術的應用中，激光束的安全性是不得不考慮的一個問題。由于光信號發(fā)射功率必須限制在保障人類眼睛安全的基礎上，因此很大程度上限制了無線光通信的通信距離。

2.4 無線光通信技術在收發(fā)端對準上的問題

無線光通信可以理解為一種視距寬帶通信技術，在發(fā)射機與接收機之間完成通信，需要十分嚴格的視距傳輸條件。同時，當通信設備被安裝到高樓頂部時，也會在風力的影響下出現(xiàn)擺動，進而影響激光器的對準精度。此外，在樓宇結(jié)構(gòu)中的輕微地震等也會使發(fā)射機與接收機無法對準。

3 無線光通信技術的關鍵技術

3.1 無線光通信技術的光源及高頻率調(diào)制技術

從無線光通信技術的優(yōu)勢來看，主要分為兩方面，即無線光通信技術的光源高頻率調(diào)制技術與探測技術和信號處理技術。從光源及高頻率調(diào)制技術來看，光源問題長久以來都是自由空間光通信造成困擾的主要因素。在無線光通信中經(jīng)常會受到背景光的干擾，對此需要大功率額光源以及較高的調(diào)制速率。同時，在進行光源調(diào)制時，需要借助糾錯技術減少突發(fā)的誤碼。如今，我國采用的光源主要是1 550 nm和800 nm兩個波段[2]。后者的優(yōu)勢在于研發(fā)時間較早，相關的理論和經(jīng)驗都比較成熟，且能夠兼容現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)。前者的優(yōu)勢則在于光源調(diào)制的素質(zhì)要更高，且波長更穩(wěn)定，能夠通過EDFA完成功率的提升。通常在無線光通信系統(tǒng)中多會選擇強度調(diào)制直接檢測的方式，系統(tǒng)實現(xiàn)比較簡單。而選擇編碼的方式則多為開關控制，在實際使用中，接收碼率一般要低于OOK。

3.2 無線光通信技術的探測技術和信號處理技術

探測技術和信號處理技術的考量主要體現(xiàn)在無線光通信系統(tǒng)中光接收端的信號非常微弱，結(jié)合高背景噪音的干擾，會導致接收信號的信噪比過低。對此，采用新型的廣電探測器件能夠有效提高接收端的靈敏度，同時針對微弱信號進行有效處理以解決相關的問題。

4 無線光通信技術的應用

在原寬帶不足或者不具備有線接入條件的基礎上，通過無線光通信技術能夠提供更高效的接入方案。從實際表現(xiàn)來看，無線光通信技術的使用避免了城市內(nèi)道路的埋線，可以在樓宇間快速實現(xiàn)寬帶數(shù)字通信。同時，無線光通信技術也能夠在無法鋪設電纜、沒有橋梁的大河兩岸之間進行寬帶數(shù)據(jù)通信傳輸[3]。

無線光通信技術的應用還體現(xiàn)在“最后一公里”的解決上。通過無線光通信技術解決“最后一公里”問題，可進一步提高用戶接入端的傳輸容量與速度，并更好地滿足IP網(wǎng)、電信網(wǎng)以及有效電視網(wǎng)的寬帶需求。

無線光通信技術在局域網(wǎng)互聯(lián)中的應用主要體現(xiàn)在，無線光通信技術為臨近的局域網(wǎng)提供了更多可選擇性的互聯(lián)互通方案。一方面推動了局域網(wǎng)內(nèi)用戶接入高速傳輸問題的解決，另一方面促進了局域網(wǎng)的連接，使廣域網(wǎng)與城域網(wǎng)得到了有效發(fā)展。

無線光通信技術在應急備用方案中的應用主要體現(xiàn)在，通過應用無線光通信技術能夠在出現(xiàn)有線通信線路故障后或者緊急搶險時，提供應急的備用鏈路。同時，無線光通信技術也可以作為臨時大型活動的通信解決方案。

無線光通信技術在快速組建電信網(wǎng)絡中的應用，主要體現(xiàn)在新興電信網(wǎng)絡運營商方面。通過應用無線光通信技術能夠更好地完成本地網(wǎng)的組建，并同時降低資金投入成本與人力、時間投入成本。此外，針對傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡運營商來說，無線光通信技術的應用可當作光纜傳輸系統(tǒng)的補充，應用于難以進行光纜鋪設的區(qū)域，用最短的建設周期和最少的建設費用，實現(xiàn)先組網(wǎng)再銷售的商業(yè)模式。

5 無線光通信技術的應用前景

無線光通信技術還存在一些問題，但從整體角度把控仍然是優(yōu)勢大于劣勢。無線光通信技術自身的特點能夠在一定的環(huán)境下推動優(yōu)勢的最大化。例如，無線光通信技術針對一些不便鋪設光纖的地方和不適宜使用微波的地方仍然可以很好地通信?？紤]到光纖本身的成本，很多用戶在短期內(nèi)仍然無法實現(xiàn)光纖的接入，但是用戶們渴望享受寬帶接入的便利。我國現(xiàn)階段寬帶網(wǎng)絡的實際情況是很多企業(yè)不具備光纖線路，但是企業(yè)經(jīng)營又需要高速率。無線光通信技術的應用成功解決了這一類問題，給予用戶更好的體驗。無線光通信技術解決“最后一公里”問題時，也能夠?qū)崿F(xiàn)光纖到桌面，以此完成數(shù)據(jù)、圖像以及語音的高速傳輸，間接推動聲訊服務業(yè)與互動影視傳播，同時在遠程教育、遠程醫(yī)療、電子商務以及電子政務中有著很大的促進意義[4]。從我國當前的實際情況與需求來看，無線光通信技術有著十分廣闊的市場和發(fā)展前景。

6 無線光通信技術應用與發(fā)展的建議

6.1 關注行業(yè)內(nèi)人才培訓，打造專業(yè)的通信人才隊伍

21世紀，任何行業(yè)的發(fā)展都離不開人才的培養(yǎng)。尤其是在市場經(jīng)濟的導向下，人才的投入與培養(yǎng)已然成為企業(yè)間比拼的核心競爭力。通信企業(yè)要進一步提高對人才的重視程度，完善企業(yè)內(nèi)部的人才培養(yǎng)工作。首先，企業(yè)要做好與高校的聯(lián)合，大力發(fā)展校企合作模式[5]。借助高校完備的教育體系，為企業(yè)發(fā)展與行業(yè)發(fā)展培養(yǎng)源源不斷的高素質(zhì)人才。同時，企業(yè)人員入職時也要做好崗前考核，確保人員持證上崗。其次，企業(yè)要針對現(xiàn)有人員不斷完善培訓工作。要針對新知識、新技術以及新理論對人員進行系統(tǒng)化學習。企業(yè)要定期組織培訓大會以及專家座談會，加強人員的知識、技能溝通。再次，企業(yè)要做好國際先進技術與先進經(jīng)驗的借鑒。通過先進內(nèi)容的借鑒，更好地培養(yǎng)人才。最后，企業(yè)要構(gòu)建科學、合理的人員管理制度，推動責任體系的完善。一方面要對人員的工作行為進行約束，另一方面要調(diào)動人員的工作積極性，促使人員自發(fā)進步。

6.2 制定科技推動發(fā)展、創(chuàng)新推動發(fā)展的戰(zhàn)略目標

科學技術是第一生產(chǎn)力。任何行業(yè)若想要搶占先機，若想要立于不敗之地，都要做好科學技術的研發(fā)工作。通信企業(yè)要加強企業(yè)內(nèi)部的科研分配，給予科研人員充足的可能性，營造企業(yè)內(nèi)部的科研氛圍。這個過程中，要加大學習。既要從人員角度進行學習，也要從企業(yè)角度進行學習。要善于使用國際上的先進成果，實現(xiàn)先進技術的本土化。此外，通信企業(yè)要做好創(chuàng)新工作。從企業(yè)管理者角度來看，要更好地認識到創(chuàng)新的重要性，構(gòu)建自上而下的企業(yè)創(chuàng)新機制和企業(yè)創(chuàng)新氛圍，帶動整個企業(yè)乃至整個行業(yè)的創(chuàng)新力度。企業(yè)還要鼓勵創(chuàng)新型人才，通過福利鼓勵、薪資鼓勵等方式[6]提高人員的創(chuàng)新熱情，并防止人員流失。

6.3 完善通信技術的資金投入，確保資金充足

在我國無線光通信技術的應用與發(fā)展中，資金充足至關重要。只有確保資金的充足才能夠保障以上內(nèi)容的執(zhí)行。首先，從國家與地方政府層面來考慮，需要進一步完善財政工作，加強對我國通信技術發(fā)展的資金支持和政策支持。其次，從企業(yè)角度來看，要合理分配資源，保證通信技術發(fā)展的資金暢通。最后，國家還要營造積極的通信技術發(fā)展氛圍，強調(diào)社會組織的作用，鼓勵民生企業(yè)進入通信技術領域，為通信技術的發(fā)展貢獻力量。

7 結(jié) 論

在無線光通信技術的應用與發(fā)展中，通信企業(yè)以及相關部門可通過關注行業(yè)內(nèi)人才培訓，打造專業(yè)的通信人才隊伍，制定科技推動發(fā)展、創(chuàng)新推動發(fā)展的戰(zhàn)略目標，完善通信技術的資金投入，確保資金充足，旨在從多個角度出發(fā)，針對我國目前無線光通信技術應用與發(fā)展的實際情況，分析問題成因，找尋解決方法，制定科學、合理的方案策略，提高通信技術發(fā)展的效率和質(zhì)量，更好地發(fā)揮通信技術在具體行業(yè)以及整個社會前進中的帶動作用。