無線光纖(FSO):安全可靠的橋接技術

　　摘要：

　　當今的信息產業(yè)依賴于數(shù)據(jù)、語音和多媒體通過電信網(wǎng)絡的傳輸。雖然一系列新技術使傳統(tǒng)的銅芯電話線能夠更有效地負載信息，但光網(wǎng)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(huán)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(wǎng)。

　　目前，光纖網(wǎng)絡正在以穩(wěn)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(wǎng)和局域網(wǎng)中為光纖網(wǎng)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(yè)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(wǎng)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，F(xiàn)SO在流量回輸方面提供了一個經(jīng)濟的替代選擇。在目前這個競爭激烈的環(huán)境中，F(xiàn)SO無疑為電信運營商以較低的成本加速網(wǎng)絡部署，提高"服務速度"，并降低網(wǎng)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(yè)及事業(yè)單位用戶中還沒有被廣泛應用。主要原因是一般的行業(yè)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(wǎng)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(fā)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，F(xiàn)SO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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)使用1500納米的波長，可以支持更大的系統(tǒng)功率，但只有在通信距離超過1000米的情況下，才能顯示出優(yōu)勢。

　　如今，人們傾向于開發(fā)能在近紅外光譜之外工作的FSO系統(tǒng)，例如2.2微米左右的中紅外光譜，甚至包括量子級聯(lián)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(tǒng)都具有類似的表現(xiàn)。在大霧天氣，長波系統(tǒng)更有優(yōu)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(wěn)定性-為了開發(fā)未來的基于FSO的系統(tǒng)，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(tǒng)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(fā)射功率能自動調節(jié)，使接收器永遠不會出現(xiàn)過度調變的情況。其優(yōu)點在于，用戶可以使用功率更高的發(fā)射器，保證無線光纖系統(tǒng)能在霧天使用。

　　其中，系統(tǒng)A的發(fā)射功率是1mW，且不具備自動功率控制特性。系統(tǒng)B則集成了自動功率控制特性。在這種情況下，系統(tǒng)B的優(yōu)勢是顯而易見的。由于系統(tǒng)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(xiàn)過度調變的情況。相反，系統(tǒng)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(tǒng)中，發(fā)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(jié)功能。相應地，在商業(yè)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(tǒng)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(tǒng)采用多鏡頭設計，它們的累積光學信號能顯著增強發(fā)射質量。但是，這種系統(tǒng)的低發(fā)射和接收角（1-5 mrad）對調節(jié)和系統(tǒng)穩(wěn)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?？紤]到這個原因，F(xiàn)SO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(tǒng)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(yè)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(yōu)點包括：

　　4. 小 結

　　只有網(wǎng)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(yè)令人激動的各種可能才會成為現(xiàn)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(wǎng)絡或者"核心"具有這種帶寬，但尚未連接到大多數(shù)潛在的用戶。

　　建設光學網(wǎng)絡時，一種新思維是為昂貴和耗時的純光纖城域網(wǎng)提供一種替代方案。通常，結合無線光纖與光纖技術，網(wǎng)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。