光無線通信系統(tǒng)技術解析

20世紀90年代后期，全球通信網(wǎng)絡開始大規(guī)模擴容，先是廣域網(wǎng)的不斷擴展，接著是城域網(wǎng)的大量建設。與此同時，用戶內(nèi)部的局域網(wǎng)快速增長。將這些高速的局域網(wǎng)連接到運營商的通信網(wǎng)絡，必須依靠容量巨大的接入網(wǎng)絡。光纖雖能解決傳輸速率的問題，但鋪設的昂貴和耗時卻限制了它的發(fā)展。許多無線通信技術也能解決“最后一公里”問題，但存在頻率通道的擁擠以及申請困難和電磁輻射的安全問題，如何提供快速、低價、安全的寬帶接入，成為迫切需要解決的問題。

　　光的無線寬帶傳輸是新近發(fā)展的接入方式，是光通信和無線通信結(jié)合的產(chǎn)物，光無線通信技術隨著激光器件的工程開發(fā)利用而日趨成熟。它利用高度集中的光束穿透大氣空間作為信息的傳輸載體，而不是通過光纖傳送信號。這種技術的接入系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)上與光纖傳送系統(tǒng)非常相似，物理組成也是非常簡單的，用戶無需申請無線頻率，而且起始投資低，運營費用低，能快速裝設，可提供與光纖系統(tǒng)相似的傳送帶寬。由于系統(tǒng)具有傳輸速率快、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)靈活等特點，在跨江跨河等不具備有線接入條件和需快速組建通信網(wǎng)絡的場合有很高的使用價值，也受到越來越多電信運營商的關注，應用范圍不斷擴大。已商用的這類系統(tǒng)，容
量從 100 Mbit/s到2.5 Gbit/s。也有一些試驗采用波分復用技術，達到160 Gbit/s的速率。盡管受到氣象條件的限制，只能在較短的距離內(nèi)使用，一般限于2 km以下。但在許多場合下，作為一種獨特的方式，光無線接入可以起到很好的作用，成為當前已有幾種寬帶接入方式很好的補充手段。

　　1、光無線通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)和技術

　　光無線通信是一種視距傳輸技術，其基礎是電-光和光-電的轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)、影像和等的傳輸，以大氣作為媒質(zhì)。實際上激光出現(xiàn)后最先研制的就是光無線通信系統(tǒng)。光無線通信的優(yōu)點是傳輸距離遠、信道容量大、發(fā)射天線小、保密性好以及抗電磁干擾等。除此以外，光無線通信不需要許可執(zhí)照，不需要鋪設電纜，不需要挖溝，不需要租用線路，不需要頻譜規(guī)劃，建設周期短，對環(huán)境沒有影響。寬帶光無線通信的電子頻譜位于極高的光頻段，不存在微波等電磁干擾。光無線通信因為這些優(yōu)點，越來越受到關注。

　　一個光無線通信系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，包括三個部分：發(fā)射機、信道和接收機。光發(fā)射機的光源受到電信號的調(diào)制，并通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號經(jīng)過空間送到接收端的望遠鏡。高靈敏度的光接收機，將望遠鏡收到的光信號再轉(zhuǎn)換成電信號，值得注意的是，發(fā)送端和接收端之間，必須是互相視線可見的，兩終端之間不能有阻擋。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窗口。光無線系統(tǒng)通常使用0.85μm或1.5 μm紅外波段。0.85μm的設備相對便宜，一般應用在傳輸距離不太遠的場合。1.5μm的設備價格要高一些，但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現(xiàn)。1.5μm的紅外光波大部分都被角膜吸收，照射不到視網(wǎng)膜，因此，相關安全規(guī)定允許1.5μm波長設備的功率可以比0.85μm的設備高2個等級， 1.5μm波長的光無線通信具有更廣闊的使用前景。

圖1　光無線通信系統(tǒng)示意

　　光無線通信網(wǎng)按照組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來說?？山M成點對點、星形（點到多點）和格形（網(wǎng)狀網(wǎng)）三種結(jié)構(gòu)。點到點結(jié)構(gòu)是最簡單的網(wǎng)絡拓撲，目前已使用的系統(tǒng)多數(shù)采用此結(jié)構(gòu)，其原因是大多數(shù)系統(tǒng)只是用來連接企業(yè)內(nèi)部的各幢大樓，作為高帶寬的專線連接。點到點結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是獨立的鏈路，網(wǎng)絡規(guī)劃簡單；其缺點也很多，例如不能低成本有效地進行擴展；光鏈路沒有任何保護，有一個點出故障，鏈路就中斷。它不適合電信級系統(tǒng)。

　　星形（點到多點）結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以把業(yè)務集中到一點（集線器或中心節(jié)點）再接入核心網(wǎng)，效率較高、比較經(jīng)濟；其缺點是能提供的帶寬較少，每條鏈路仍無冗余保護，可靠性較差。為了在視距內(nèi)連接盡可能多的大樓，集線器的位置非常關鍵。

　　格形（網(wǎng)狀網(wǎng)）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是通過多個網(wǎng)絡節(jié)點可以提供幾乎實時的迂回鏈路，使服務得到保護，即具有服務恢復或服務冗余度的特點。網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)還可以把業(yè)務集中到某些特定點：再有效地接入網(wǎng)絡，比較符合電信級的要求。其缺點是傳輸距離短、成本高（每幢大樓有多條鏈路），網(wǎng)絡規(guī)劃復雜。