banner.jpg)
相關(guān)專題：
江億
提起無線接入，不少人就會談到藍(lán)牙、微波這些被炒得很熱的技術(shù)。不過，還有一種無線技術(shù)卻鮮為人知，它就是自由空間光通信（FSO）技術(shù)。作為一種新的“寬帶”選擇，在國外它已經(jīng)開始得到日益廣泛的應(yīng)用。尤其是“9.11”事件后，它受到了更多人的青睞。
在上個世紀(jì)末的光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)熱潮中，業(yè)者把重點(diǎn)放在骨干網(wǎng)絡(luò)上，目前，我國許多城市已基本實(shí)現(xiàn)光纖到路邊（FTTC）、光纖到小區(qū)（FTTZ），但是從路邊、小區(qū)到用戶的所謂“最后一公里”卻仍然是窄帶的，已成為用戶享受寬帶業(yè)務(wù)的瓶頸。為解決這個問題，電信、廣電和一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營公司都為之付出了努力，分別提出了XDSL、Cable Modem、光纖和微波通訊等解決方案。目前，又一種新型的傳輸手段逐漸引起人們的關(guān)注——它就是自由空間光通信（FSO）技術(shù)。
FSO及其發(fā)展由來
自由空間光通信系統(tǒng)（FSO：Free Space Optical Communication System），是一種新型無線寬帶接入技術(shù)。FSO不是用光纖作為傳輸媒介,而是在空氣中用激光或光脈沖在太赫茲（THz）光譜范圍內(nèi)傳送分組數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。盡管60年代就有人對無線光通信進(jìn)行過研究，但當(dāng)時主要用于軍事及實(shí)驗?zāi)康摹?0年代初期歐美、日本、以色列等國家在軍事國防、航天領(lǐng)域上已有頗多成功的應(yīng)用實(shí)例。80年代后期開始有廠商投入商品化產(chǎn)品的開發(fā)，不過由于傳輸距離等技術(shù)問題無法突破而告終。直到90年代后期，由于光通訊器件制造技術(shù)的飛速發(fā)展，無線光通訊器件變得便宜而可靠耐用，使FSO設(shè)備的造價大大降低。人們才又逐漸開始其商業(yè)應(yīng)用的研究。
在國外，F(xiàn)SO主要被作為“最后一公里”解決方案之一和用于比較特殊的商業(yè)服務(wù)，如在美國，有幾乎90%的辦公大樓與電信業(yè)務(wù)提供商之間沒有光纖連接，如果采用光纖連接，每公里成本約10-20萬美元，通常需要4-12個月才能連通。相反，如果采用FSO系統(tǒng)，每幢大樓的成本約為2萬美元，安裝時間也只需要2-3天。
在國內(nèi)，F(xiàn)SO的應(yīng)用在2002年以前還沒有先例。2001年12月，清華同方研究發(fā)展中心致力于“Last Mile”解決方案的探索，成立了“FSO技術(shù)跟蹤研究小組”，今年8月，完成了1000米點(diǎn)到點(diǎn)通訊樣機(jī)的檢測。目前，該方案可以應(yīng)用在兩辦公樓、小區(qū)樓與樓之間、穿越河流、公路等場合。
FSO工作原理及技術(shù)難點(diǎn)
FSO網(wǎng)絡(luò)主要有3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)（星形）和網(wǎng)狀，也可以把它們組合起來使用。FSO技術(shù)相對是簡單的，相連的二個FSO 單位均由一個激光發(fā)射器和一個接收器所組成，以提供全雙工能力。FSO一方通過將調(diào)制后的激光通過透鏡發(fā)送，另一方的透鏡接收后將信號經(jīng)由光纖連至一個高敏感接收器加以解調(diào)。（見圖1）
然而，F(xiàn)SO是一種視距寬帶通訊技術(shù)，傳輸距離與信號質(zhì)量的矛盾非常突出，當(dāng)傳輸超過一定距離時（一般為幾公里）波束就會變寬以致難以被接收點(diǎn)正確接收。目前，在1km以下才能獲得最佳的效果和質(zhì)量。多種因素影響其達(dá)到99.999%(五個9)的穩(wěn)定性。
傳輸質(zhì)量對天氣非常敏感是FSO的另一個主要問題 。晴天對FSO傳輸質(zhì)量的影響最小，而雨、雪和霧對傳輸質(zhì)量的影響則較大。據(jù)測試，F(xiàn)SO受天氣影響的衰減經(jīng)驗值分別為：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、霧，50-300db/km。國外為解決這個難題，一般會采用更高功率的激光器二極管、更先進(jìn)的光學(xué)器件和多光束來解決。
再一個難題是在城市內(nèi)，由于建筑物的阻隔、晃動將影響兩個點(diǎn)之間的激光對準(zhǔn)。對FSO來說，為了保證光傳輸鏈路的性能，光鏈路兩端的對準(zhǔn)（捕獲）和保持（跟蹤）至關(guān)重要。國外FSO公司多采用GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）來連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整發(fā)射器和接收器的位置，使調(diào)校系統(tǒng)費(fèi)用較為昂貴。
激光的安全問題也會影響其使用。超過一定功率電平的激光有可能對人眼產(chǎn)生影響，人體也可能被激光系統(tǒng)釋放的能量傷害。
挑戰(zhàn)FSO的“歌德巴猜想”
針對快速光鏈路兩端的對準(zhǔn)和保持這個技術(shù)難題，清華同方FSO技術(shù)研究小組首次創(chuàng)新的將一種光學(xué)器件應(yīng)用在無線光通信產(chǎn)品中，并加以自主專利技術(shù)的控制算法和DSP信息處理技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的靈敏度。在無需GPS的幫助下，在短短幾秒內(nèi)完成初始鏈路連接。無論建筑物晃動還是其他外力因素干擾時，都能自動跟蹤，保持通訊。在任何干擾下重新對準(zhǔn)的時間在幾毫秒內(nèi)。
國外產(chǎn)品為了提高通信距離和對準(zhǔn)度，往往加大激光管發(fā)射功率、采用多光束同步發(fā)射和大孔徑光學(xué)接收天線。從而使激光管壽命減少、光斑很大，且系統(tǒng)成本增高。同方FSO系統(tǒng)采用了有自主產(chǎn)權(quán)的自動跟蹤和自動搜索技術(shù)， 激光管僅在毫瓦級上工作，用很小的光斑即完成相同距離的通信，使系統(tǒng)成本大大降低。國外同類產(chǎn)品難以克服當(dāng)太陽光直射時的干擾，同方FSO系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的濾波手段，而采用自主專利技術(shù)的電路設(shè)計方案和軟件控制技術(shù)，使得系統(tǒng)在太陽光直射時，也能快速精確對準(zhǔn)和保持光鏈路的連接。
環(huán)境干擾也是FSO要克服的難題之一 ，目前國外也沒有很好的解決方案。人工環(huán)境是同方擁有自主技術(shù)并堅持發(fā)展的主要領(lǐng)域，在同方FSO系統(tǒng)中，就采用了同方的環(huán)境控制技術(shù)和封裝技術(shù)，使同方FSO系統(tǒng)不受環(huán)境、氣候、季節(jié)的影響，而能全天候工作。
摘自《中國計算機(jī)用戶》
