關于無線光通信傳輸與接入的研究

山西信息規劃設計院有限公司 荊俊偉

廈門大學物理與機電工程學院電子科學系 胡靖敏

關于無線光通信傳輸與接入的研究

山西信息規劃設計院有限公司 荊俊偉

廈門大學物理與機電工程學院電子科學系 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勢來開拓市場。為了能向無線光通信的研究提供服務，本文在聯系無線光通信的應用現狀及其工作原理的基礎上，詳細地分析了有關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域的現狀，從而能滿足手機、現代網絡等通訊設備強勁的發展需求，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寬帶高、成本低以及傳輸技術速率高、準確度高的特點，能在通信領域積極地開拓應用空間。

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，由于該系統的每端都設有光發射機和光接收機，所以能在兩點對接傳輸的前提下進行全雙工通信的運作。

無線光通信總共涵蓋光信號的接收、傳輸以及發射的三個具體過程，并且該體系的成功運轉需要配備光學望遠鏡和能將有關功率進行放大的傳輸和接收裝置。要將光電轉換技術應用到該體系中，同時電信號進行調制光發射機光源的工作，接下來光學望遠鏡傳輸光信號，接下來接收望遠鏡接收到途經大氣信道的光信號；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，進而轉變成光信號，要想實現無線光信號的接入還需經過調制解調器解讀數據信息的過程。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，無線光通信系統也涵蓋像ATP伺服控制系統的多項輔助功能系統，故為維持光通信的穩定安全，使得光信號傳播質量有所提升，就應當運用該輔助系統來捕獲、跟蹤定位信號的傳輸路線[1]。

2　 無線光通信應用的現狀

2.1 應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，在城域網和廣域網當中有線光通信已被用戶大量采用，但隨著近年來信息技術的迅猛發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的需求也應運而生了。較之于有線光通信局限性，無線光通信具備不用鋪設光纜的巨大優勢，可有效完成用戶與光纖骨干網的連接，可以用來鋪平“所謂的最后一公里”。因而，實現了寬帶高、成本低效益的無線光通信其應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，其結合了傳輸速率可高至10Gbit/s的多種波分復用技術，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境中架設設備的特點，包括房頂、偏遠山區甚至是江河湖水上。這有效地縮減了施工工期，節省了鋪設光纖的時間，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境的不利影響。第三，可以實現較高的安全通信。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，它也能盡快地恢復網絡工作。所以，無線光通信可以向抗災、救災等一系列的緊急突發事件提供通信上的保障，也可以向應急備戰提供有力的技術支持。并且，由于是通過點對點的連接來實現光通信地，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階段網絡以及通信發展的需求，從而獲得了廣大用戶的認可，是信息化大發展的產物之一，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的特點，其不可避免地受到影響。倘若氣象惡劣，往往會出現通信受阻、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生散射，在雨雪天會嚴重減弱[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來使用的，必不可少地意味著只有當具備一定的視線傳播介質時，光信號的接收與傳播工作才能在光接收機與光發射機機間得以實現。倘若將設備放在比較高的建筑物或者是山區的頂部時，就易被地震、強風等一系列的外力作用產生晃動，從而使激光器的對準受到影響。

3　 傳輸、接入無線光通信以及有關注意事項

3.1 對設備、機理加強控制

只有在光發射機、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格控制。

第一，對光發射機進行控制。光發射機作為光信號的產生部位，由于光信號需要借助于大氣而進行傳輸需要將具有數據類型不同的電信號轉變成光信號，并且光信號會在傳輸過程呈現出橢圓形的光斑，在激光管芯中光會發生耦合行為，所以，有著越高的耦合準值對應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值之間存在明顯的正相關關系。所以，要將光學耦合效率以及準直后光斑的發散角值加以考慮來設定耦合準值，以期盡可能地降低因光信號設計缺陷對接收性能帶來不利的影響。

第二，對光學天線加以適當的控制。由于光纜、光學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成了所謂符合聚焦原理的光學天線系統，所以要想提升其傳播質量就要試圖減少光信號的散射。因而，要選擇合適的光學天線，精準計算聚光斑點尺寸，從而來提高光信號的接受效率及其有關的接受度。

第三，對接收機加以適當的控制。在傳輸過程中光信號往往會發生碼間串擾現象，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量，進而削減接收機所能接收的光信號；并且，其傳輸環境又較為復雜，影響因素比較復雜，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信息進行大范圍的接收[4]。

3.2 對瞄準研究進行加強

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度，改善通信質量，必要時需借助于非機械裝置來輔助激光器進行精準、快速的對準。

3.3 安置輔助系統

提高無線光通信質量的一個重要條件便是輔助系統的使用，輔助系統能對光信號要求高，跟蹤、瞄準傳輸距離長的條件下能發揮巨大效果，有助于實現自動對準光學天線，所以要關注安置輔助系統。

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、傳輸的過程中加強相應的操作安全的管理，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　 結語

作為一種能夠為廣大的用戶提供更加快速、便捷服務的新型寬帶技術的無線光通信，要想進一步提升無線通信的通信質量，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展壯大，從而最大程度地發揮無線光通信的積極作用。

[1]孫麗麗,張華棟,李茜．無線光通信技術在電力系統中的應用[J]．電力系統通信,2009(1)．

[2]丁樹義．無線光通信技術淺析[J]．通信技術,2011(10)．

[3]歐陽勁松,黃徐．無線光通信技術在機動式系統中應用[J]．指揮信息系統與技術,2013(1)．

[4]劉杰．無線光通信的關鍵技術研究[J]．中國新通信, 2014(5)．

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