無線光通信技術(shù)應(yīng)用研究

1、無線光通信技術(shù)應(yīng)用研究摘要：無線光通信是實(shí)現(xiàn)光接入網(wǎng)的一種新興技術(shù)，隨著高速大容量光通信系統(tǒng)的不斷演進(jìn)受到越來越多的重視。文章介紹了光電通信技術(shù)的原理，特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，指出該技術(shù)存在的缺陷，提出倡議。關(guān)鍵字：無線光通信技術(shù)原理應(yīng)用引言光纖通信與無線通信是當(dāng)前的熱門技術(shù)，無線光通信系統(tǒng)是二者結(jié)合的產(chǎn)物，并且有著自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。早期地面無線光通信研究的發(fā)展由于技術(shù)復(fù)雜以及受到天氣的嚴(yán)重影響，一直進(jìn)展比擬遲緩。近年來隨著各方面技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備的研究根本成熟、寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和快速應(yīng)急業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)，無線光通信的研究才快速發(fā)展起來，又成為下一代光通信的發(fā)展方向之一。在過去10年內(nèi)，對(duì)衛(wèi)星軌道之間、空對(duì)地、地對(duì)

2、空、地對(duì)地等各種形式光通信系統(tǒng)的研究在世界各興旺國家中廣泛進(jìn)行，一些先進(jìn)國家已經(jīng)推出無線光通信的產(chǎn)品，如日本佳能公司的無線光通信系統(tǒng)等。我國通信事業(yè)迅速發(fā)展也給無線光通信提供了廣大的發(fā)展空間，如深空空間光通信和地面無線光通信等。1.無限光通信根本原理及特點(diǎn)1.1無限光通信根本原理現(xiàn)代無線光通信系統(tǒng)包括發(fā)射和接收二局部，發(fā)射局部主要由激光器、調(diào)制器和光學(xué)天線組成；接收局部主要由光學(xué)接收天線、光電監(jiān)測器和電信號(hào)處理器組成。將待發(fā)送的信息源變換成電信號(hào)，然后把這些信號(hào)輸入光調(diào)制器，調(diào)制到一個(gè)由激光器產(chǎn)生的激光束上，并控制這個(gè)載波的某個(gè)參數(shù)，使它按電信號(hào)的規(guī)律變化。于是，激光載波就運(yùn)載著這些信息(已調(diào)

3、制激光信號(hào))，經(jīng)過信息處理以后由發(fā)射天線發(fā)射出去。接收是發(fā)射的逆過程，接收天線接收到已調(diào)制的激光信號(hào)，送到光檢測器取出電信號(hào)，然后由信號(hào)變換設(shè)備恢復(fù)出原始信息。系統(tǒng)中的發(fā)射天線和接收天線是由透鏡構(gòu)成的。發(fā)射透鏡(發(fā)射天線)能把截面很小的激光束變成截面較大的激光束，方便接收透鏡(接收天線)調(diào)整方位并接收信號(hào)。接收透鏡接受大面積的激光束，并聚成較小的光斑，起到恢復(fù)激光束本來面目的作用。1.2無限光通信優(yōu)點(diǎn)無線激光波分復(fù)用(WDM)通信系統(tǒng)，是利用激光進(jìn)行自由空間傳輸?shù)臒o線光通信技術(shù)，是一種新型的無線傳輸方式，它既有光纖通信大的信道容量的優(yōu)點(diǎn)，又有無線通信不用敷設(shè)電纜的優(yōu)點(diǎn)。無線激光波分復(fù)用(WDM

4、)通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)集中體現(xiàn)在:(1)信道容量大。由于激光波段比微波段的頻率更高，因此答應(yīng)的信號(hào)傳輸速度更高，頻帶更寬，因此信道的容量遠(yuǎn)大于目前所有無線通信方式的傳輸容量。此外，采用不同波長的激光同時(shí)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用。而在一個(gè)波長內(nèi)采用的時(shí)分復(fù)用可進(jìn)一步滿足多用戶信號(hào)同時(shí)傳輸?shù)囊蟆?2)方向性強(qiáng)。由于激光是一種相干性很好的電磁波，信號(hào)可以集中在一個(gè)很小的傳輸面積上，因而能量高度集中，在傳輸方向上的增益比其它無線通信方式更高，傳輸距離更遠(yuǎn)。所以，無線激光傳輸設(shè)備可以比微波傳輸設(shè)備做得更小，更加靈活與方便。(3)選擇性好。激光傳輸系統(tǒng)的信號(hào)接收器，只接收故具有很出色的通路(通道)選擇性，很高的

5、接收靈敏度，還可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧接收，抗干擾性強(qiáng)、信號(hào)不易被截獲，保密性好，不受其它電磁波干擾。(4)可重復(fù)使用頻段。當(dāng)激光被接收后，通過中繼可以重新使用原頻率繼續(xù)往下一站傳輸，由于接收的高選擇性，下一傳輸段不會(huì)受到上一傳輸段信號(hào)的干擾，從而可實(shí)現(xiàn)長距離再生接力傳輸。2.無限光通信(FSO)的實(shí)現(xiàn)辦法無線光通信的主要實(shí)現(xiàn)辦法可歸結(jié)為如下幾個(gè)方面。(1)在不具備有線接入條件或原帶寬缺乏時(shí)提供高效的接入計(jì)劃無線光通信可以不必在城市內(nèi)破路埋線而快速地在樓宇間實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)字通信，也可在不便鋪設(shè)光纜地區(qū)、沒有橋梁的大河兩岸之間實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)通信傳輸。(2)有效解決"最后一公里"問題無線光通

6、信可以解決各種業(yè)務(wù)接入的"最后一公里"問題，提高用戶接入端的傳輸容量和速度，能夠較好地滿足電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和lP網(wǎng)三網(wǎng)合一對(duì)帶寬的要求。(3)力助局域網(wǎng)互聯(lián)FSO提供了臨近局域網(wǎng)之間互連互通的選擇計(jì)劃，不僅可以解決局域網(wǎng)內(nèi)用戶接入的高速傳輸問題，還可方便地實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)之間的連接，形成更大范圍的城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。(4)應(yīng)急備用計(jì)劃無線光通信可以作為有線通信線路故障或緊急搶險(xiǎn)時(shí)的應(yīng)急備用鏈路也可作為大型臨時(shí)活動(dòng)的通信解決計(jì)劃。(5)快速組建電信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于新興的電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說，無線光通信網(wǎng)絡(luò)可以幫忙其快速組建本地網(wǎng)，以較少的資金、人力和時(shí)間完成城域網(wǎng)建設(shè)；對(duì)于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商

7、來講，無線光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以作為其光纜傳輸系統(tǒng)的補(bǔ)充，用于不便鋪設(shè)光纜的區(qū)域。建設(shè)周期短、所需費(fèi)用少，無線光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)先組網(wǎng)再銷售的商業(yè)模式。此外，F(xiàn)SO在衛(wèi)星間、衛(wèi)星與地面站間有著重要的應(yīng)用。3.無限光通信(FSO)存在問題(1)FSO是一種視距寬帶通信技術(shù)，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間需要嚴(yán)格的視線傳播，當(dāng)通信設(shè)備安裝在高樓的頂部時(shí)，在風(fēng)力的作用下建筑物會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，這樣便會(huì)影響激光器的對(duì)準(zhǔn)。由于大樓結(jié)構(gòu)中某些局部的熱脹或輕微的地震等原因，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)和接收機(jī)無法對(duì)準(zhǔn)。(2)傳輸距離與信號(hào)質(zhì)量的矛盾非常突出，傳輸距離越大，光束就會(huì)越寬，接收的光信號(hào)質(zhì)量越差。激光的平安問題必須考慮。發(fā)射

8、功率必須限制在保證眼睛平安的功率范圍內(nèi)。(3)大氣媒介的影響，惡劣的天氣情況，會(huì)對(duì)FSO的傳播信號(hào)產(chǎn)生衰耗作用，空氣中的散射粒子，會(huì)使光線在空間、時(shí)間和角度上產(chǎn)生偏差。大氣中粒子還會(huì)吸收激光的能量，衰減信號(hào)的發(fā)射功率。4.無線光通信(FSO)的發(fā)展趨勢(shì)FSO目前存在的問題主要集中在下面幾個(gè)方面：針對(duì)大樓擺動(dòng)的瞄準(zhǔn)問題，大氣中粒子對(duì)光線的散射、吸收問題，提高傳輸速率問題。這些問題影響了傳輸?shù)目煽啃裕詫?duì)這些問題的研究成為FSO的發(fā)展方向。4.1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(dòng)，發(fā)射機(jī)發(fā)送的光信號(hào)對(duì)不準(zhǔn)接收機(jī)，產(chǎn)生的誤差大，甚至通信無法實(shí)現(xiàn)。目前的研究方向在于提高激光的瞄準(zhǔn)，

9、怎樣利用非機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)精確的對(duì)準(zhǔn)和快速瞄準(zhǔn)，在接收機(jī)方面，散射光線也帶有信息，接收散射光線越多，接收的信號(hào)能量越大，但同時(shí)接收的噪聲也越大，所以盡量提高接收機(jī)接收信號(hào)總功率，又不能降低信噪比成為研究目標(biāo)。4.2減小大氣對(duì)通信的影響在不同的環(huán)境中不同波長的光線會(huì)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(huì)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。4.3傳輸速率的影響傳輸速率的提高FSO相對(duì)于其他接入設(shè)備最大的優(yōu)勢(shì)之一就是帶寬?，F(xiàn)在FSO產(chǎn)品的速率從2Mbits開始，形成多個(gè)系列，比擬典型的有10Mbis、100Mbiffs、155Mbis、622Mbis。有的公司采用波分復(fù)用技術(shù)，速率可以到達(dá)2.5Gbits、10Gbiffs。綜上所述，F(xiàn)SO的發(fā)展方向是解決大樓的抖動(dòng)引起的對(duì)不準(zhǔn)問題、大氣微粒的散射問題、大氣湍流影響通信問題，提高系統(tǒng)可靠性，在此根底上提高傳輸速率，使FSO發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)。參考文獻(xiàn)【1】許國良，張旭蘋，徐偉弘，等自由空間光