無線光纖(FSO):安全可靠的橋接技術

　　摘要：

　　當今的信息產業依賴于數據、語音和多媒體通過電信網絡的傳輸。雖然一系列新技術使傳統的銅芯電話線能夠更有效地負載信息，但光網絡仍然是高帶寬通信的最理想的媒體。 有些時候，由于地理環境、實際情況的限制而不能敷設光纜的話，便可使用無線光纖技術組網。

　　目前，光纖網絡正在以穩定的步伐進行部署，但它的成本通常都非常高，鋪設過程耗時，而且投資不可撤回。相反，無線光纖技術 （FSO）由于成本低，能快速部署，所以能在城域網和局域網中為光纖網絡提供有益的補充。

　　1. 簡介

　　目前，無線光纖技術在中國以及全世界的電信行業已被廣泛地采用。原因很簡單，：無線光纖技術（FSO）可以在城域光網之外提供高帶寬連接，而其成本只有地下埋設光纜的五分之一，而且不需要等6個月才能拿到施工許可證。此外，FSO設備的重新部署非常簡單，因此有線運營商可避免光纜的安裝資金滯留在某一個建筑上的風險。對于無線運營商，在昂貴的E1/T1租用線路和帶寬較低的微波解決方案之外，FSO在流量回輸方面提供了一個經濟的替代選擇。在目前這個競爭激烈的環境中，FSO無疑為電信運營商以較低的成本加速網絡部署，提高"服務速度"，并降低網絡操作費用提供了可能。

　　可是目前在中國，無線光纖技術在廣大的企業及事業單位用戶中還沒有被廣泛應用。主要原因是一般的行業用戶對 FSO 技術了解不多，很多人甚至沒有聽說過。另外一些對 FSO 技術的使用存在著一定的誤解和疑慮；其中包括：

　　FSO 的可用性和網絡在線時間比較差。

　　FSO技術對于天氣比較依賴：大氣的分子吸引、折射率會造成的射束偏轉

　　因為大氣分子和懸浮顆粒而發生的散射（霧、雨、雪）

　　由于飛鳥、吊塔或者其他高空障礙物而造成的射束中斷

　　2. 無線光纖 (FSO) 技術的可靠性

　　近年，FSO技術已被廣泛采用，技術方面也有較大的突破。對于大氣衰減，穩定性等問題可通過以下幾點解決：

　　選用適合的波長-對于基于FSO的系統來說，最常用的光學波長是近紅外光譜中的850納米（nm）。在這個頻率上，有足夠的能量將電流信號高效地轉換成光信號。除了具有快速調制能力，高能量密度對獲得高指向性同樣有幫助。接收器負責將高容量的調制光信號高效率地轉換成電子信號。

　　除此之外，還有一些基于FSO的系統使用1500納米的波長，可以支持更大的系統功率，但只有在通信距離超過1000米的情況下，才能顯示出優勢。

　　如今，人們傾向于開發能在近紅外光譜之外工作的FSO系統，例如2.2微米左右的中紅外光譜，甚至包括量子級聯激光（約10微米）。然而，不管使用的是什么波長，在雨雪等天氣中（具有較大的懸浮物顆粒），所有基于FSO的系統都具有類似的表現。在大霧天氣，長波系統更有優勢，因為它受大氣衰減的影響較小。

　　使用自動功率控制和定位跟蹤技術提高穩定性-為了開發未來的基于FSO的系統，使其具有更高的可用性和在線時間，需要采取全新的方式。例如，LightPointe是為其無線光纖系統配備一個自動功率控制（automatic power control，APC）和自動跟蹤特性的首批公司之一。APC允許產品的發射功率能自動調節，使接收器永遠不會出現過度調變的情況。其優點在于，用戶可以使用功率更高的發射器，保證無線光纖系統能在霧天使用。

　　其中，系統A的發射功率是1mW，且不具備自動功率控制特性。系統B則集成了自動功率控制特性。在這種情況下，系統B的優勢是顯而易見的。由于系統A只能在1 mW的功率下工作，所以在天氣晴朗的時候可能出現過度調變的情況。相反，系統B能控制功率，一旦因為天氣原因造成能見度低，在這個例子中，它有附加的超過15 dB附加功率可供利用。

　　在無線光纖系統中，發射器和接收器的鏡頭設計必須在以下幾個方面取得平衡：大光圈（接收器大光圈有助于獲得較大的光線入射）、較短的焦距（由設備的體積決定）以及更容易的調節功能。相應地，在商業應用中，人們采取各種不同的方式來取得這種平衡。一方面，有些基于FSO的系統使用的是Fresnel（菲涅爾）鏡頭，它的特點是具有一個較大的接收角和鏡面，但缺點在于直射光的高入射（會顯著影響接收器的敏感性）。另一方面，有些基于FSO的系統采用多鏡頭設計，它們的累積光學信號能顯著增強發射質量。但是，這種系統的低發射和接收角（1-5 mrad）對調節和系統穩定性提出了更高的要求，尤其是用于超出2000米的遠距離通信時。考慮到這個原因，FSO產品的領先廠商LightPointe進行了一項意義深遠的技術革新，即"自動跟蹤"。采用可以在x和y軸上移動的萬向支架，可以主動調整接收器，在任何情況下都能處在一個理想的位置上。對FSO系統進行控制的軟件能夠補償1-10 ms內的大氣波動，并能在極短的1 - 10 s內完成補償。

　　3. 無線光纖（FSO）在一般行業用戶的應用

　　一般來說，凡是需要高帶寬連接而又無法敷設光纜/電纜的情況下均可使用 FSO。它的優點包括：

　　4. 小 結

　　只有網絡連接得到充分的擴展，延伸到一個廣泛的客戶群體，信息產業令人激動的各種可能才會成為現實。雖然電話線能提供這種連接，但它們不具有真正的高帶寬通信所需的容量。光纖骨干網絡或者"核心"具有這種帶寬，但尚未連接到大多數潛在的用戶。

　　建設光學網絡時，一種新思維是為昂貴和耗時的純光纖城域網提供一種替代方案。通常，結合無線光纖與光纖技術，網絡能迅速地建立起來，并為渴望帶寬的最終用戶提供價格合理的、易于擴展的連接。