自由空間光通信技術(shù)的發(fā)展

摘要：自由空間光通信（FSO）是指以激光為載體，在真空或者大氣中傳遞信息的通信技術(shù)。作為一種無線光通信的方式，以其高帶寬、低成本、靈活方便等優(yōu)點具有其它通信方式不可比擬的優(yōu)勢。本文闡述了自由空間光通信的發(fā)展和系統(tǒng)構(gòu)成，然后就FSO存在的問題和對策進行了探討，并對該技術(shù)今后的發(fā)展作了展望。

關(guān)鍵詞：激光 通信 無線

1.自由空間光通信的發(fā)展

1965年開始，日本NTT公司就利用He-Ne激光器和LED，進行了6.3公里的大氣光通信傳送實驗；

90年代初，俄羅斯利用大功率半導(dǎo)體激光器推出了新型的半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)，并在莫斯科、瓦洛涅什、圖拉等城市得以應(yīng)用。

2000年Terabeam公司在悉尼奧運會上成功地使用FSO設(shè)備進行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實現(xiàn)了利用FSO設(shè)備向客戶提供100Mb/s的數(shù)據(jù)連接。

2004年9月份，由美國的國防部資助的MALST(多通道激光空間終端系統(tǒng))中的低軌衛(wèi)星采用了調(diào)制反射器成功實現(xiàn)了和無人機之間的激光通信。在該實驗中低軌衛(wèi)星可以和20個目標(biāo)同時進行通信。

2005年10月Robert Lange，Berry Smutny等在La Palma島和Tenerife島之間實現(xiàn)了142km，5．625 Gbps的無線光通信。這是目前已知的地面與地面之間距離最遠的無線光通信實驗。

2.自由空間光通信系統(tǒng)的構(gòu)成

一個自由空間光通信系統(tǒng)包括三個基本部分：發(fā)射機、信道和接收機。在點對點傳輸?shù)那闆r下，每一端都設(shè)有光發(fā)射機和光接收機，可以實現(xiàn)全雙工的通信。系統(tǒng)所用的基本技術(shù)是光電轉(zhuǎn)換。光發(fā)射機的光源受到電信號的調(diào)制，通過作為天線的光學(xué)望遠鏡，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠鏡；在接收機中，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(zhuǎn)換成電信號。由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段。對于FSO的系統(tǒng)來說，最常用的光學(xué)波長是近紅外光譜中的850 nm。

3.自由空間光通信的優(yōu)點

(1)頻帶寬，速率高；(2)頻譜資源豐富；(3)適用多種通信協(xié)議；(4)部署鏈路快捷；(5)傳輸保密性好。

4.自由空間光通信存在的問題及對策

（1）視距問題：激光器有發(fā)散角導(dǎo)致波束的展寬。

對策：采用光學(xué)天線壓縮光束發(fā)散角，對光線進行耦合準(zhǔn)直。

（2）天氣影響：雨、雪、日光、大霧 、空氣散射、大氣瑞流對光信號的影響。

對策：采用FSO與W頻段無線技術(shù)的復(fù)合設(shè)備，使系統(tǒng)根據(jù)天氣情況在光波段和w波段之間自動切換，可以達到99.999%電信級可靠性。

（3）對準(zhǔn)、捕獲和跟蹤：風(fēng)力和大地的震動影響光的準(zhǔn)確接收。

對策：使用常用的APT技術(shù)，偏光法和動態(tài)跟蹤技術(shù)。

（4）公眾安全：光功率過大會危及人體的健康，尤其是對眼睛的傷害。

對策：IEC 60825規(guī)定了眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)，限制了激光器的上限功率。

5.自由空間光通信研究的發(fā)展趨勢

（1）發(fā)射、接收的瞄準(zhǔn)的研究

在大風(fēng)中或因地震引起大樓的擺動，發(fā)射機發(fā)送的光信號對不準(zhǔn)接收機，產(chǎn)生的誤差大，甚至通信無法實現(xiàn)。目前的研究方向在于提高激光的瞄準(zhǔn)，怎樣利用非機械裝置來實現(xiàn)精確的對準(zhǔn)和快速瞄準(zhǔn)；在接收機方面，散射光線也帶有信息，接收散射光線越多，接收的信號能量越大，但同時接收的噪聲也越大，所以盡量提高接收機接收信號總功率，又不能降低信噪比成為研究目標(biāo)。

（2）減小大氣對通信的影響

在不同的環(huán)境中不同波長的光線會有不同的傳播特性，這些不同的特性導(dǎo)致了在不同環(huán)境下，不同波長的光線會有不同的吸收窗口、不同的散射函數(shù)以及不同的折射率，需要尋求一種最優(yōu)波長，在通信鏈路中找出波長與性能的最優(yōu)組合。

（3）傳輸速率的提高

FSO相對于其他接入設(shè)備最大的優(yōu)勢之一就是帶寬。現(xiàn)在FSO產(chǎn)品的速率從2 Mbit/s開始，形成多個系列，比較典型的有10 Mbit/s、100 Mbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s。有的公司采用波分復(fù)用技術(shù)，速率可以達到2.5 Gbit/s、10 Gbit/s。

6.結(jié)束語

自由空間光通信已經(jīng)成為現(xiàn)實，它是連接寬帶網(wǎng)的一種快捷方法。本文簡單介紹了無線光通信的基本概念、系統(tǒng)的構(gòu)成、特點和優(yōu)勢，并分析了目前存在的問題和解決方法。如果這些問題能得到解決，那么必能發(fā)揮FSO的最大潛能和優(yōu)勢。隨著無線光通信技術(shù)的不斷完善，它一定可以得到廣泛的應(yīng)用。

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