寬帶接入的新手段FSO

方偉
　　自由空間光通信或稱無線光通信FSO是近期浮出水面的一種寬帶接入方式。隨著電信領(lǐng)域競爭的日趨激烈，寬帶接入資源的擁有和快速部署已成為占領(lǐng)市場和爭取主動的重要因素。在市場需求的拉動下，各種寬帶接入解決方案紛紛登場，其中既有傳統(tǒng)技術(shù)又有新興技術(shù)，如光纖、數(shù)字微波、MMDS、LMDS、XDSL等。FSO以其帶寬寬、部署快、不須頻率申請的特點(diǎn)，一經(jīng)推出就引起了業(yè)界的關(guān)注。




　　FSO是光通信和無線通信結(jié)合的產(chǎn)物，是用小功率紅外激光束在大氣中傳送光信號的通信系統(tǒng)，也可以理解為是以大氣為介質(zhì)的激光通信系統(tǒng)。




　　FSO有兩種工作波長：850納米和1550納米。850納米的設(shè)備相對便宜，一般應(yīng)用在傳輸距離不太遠(yuǎn)的場合。1550納米的設(shè)備價(jià)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)。1550納米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(guān)安全規(guī)定允許1550納米波長設(shè)備的功率可以比850納米的設(shè)備高2個(gè)等級。功率的增大，有利于增大傳輸距離和在一定程度上抵消惡劣氣候給傳輸帶來的影響。




　　FSO和光纖通信一樣，具有頻帶寬的優(yōu)勢，能支持155Mbps－10Gbps的傳輸速率，傳輸距離可達(dá)2～4公里，但通常在1公里有穩(wěn)定的傳輸效果。




　　FSO在傳輸帶寬方面比除光纖外的其它寬帶接入方式有著明顯的優(yōu)勢，圖1是FSO在傳輸帶寬和距離方面與其它寬帶接入方式的比較。




　　由于激光具有直線性和窄波束的特點(diǎn)，F(xiàn)SO主要用于點(diǎn)對點(diǎn)視距傳輸。使用時(shí)，要求通信兩點(diǎn)間必須無阻礙，任何對光束的遮擋都將對通信造成影響。同時(shí)，要求兩端設(shè)備對準(zhǔn)且固定牢穩(wěn)，以保證對光信號的直接有效接收。




　　由于采用激光通信，信號方向性強(qiáng)，能量集中，不向空中其它方向產(chǎn)生輻射，因此，F(xiàn)SO系統(tǒng)不會同頻干擾，即使鏈路交叉也不影響通信，因此，同一地點(diǎn)可以裝多套FSO設(shè)備。




　　FSO是物理層傳輸設(shè)備，以光為傳輸媒介，任何傳輸協(xié)議均可容易地疊加上去，對語音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)透明傳送。FSO的優(yōu)點(diǎn)還有傳輸保密性好，因?yàn)樗�的波束很窄且不可見，很難在空中發(fā)現(xiàn)其業(yè)務(wù)鏈路。同時(shí)，這些波束定向性強(qiáng)，是對準(zhǔn)某一接收機(jī)的，如想截接，就要用另一部接收機(jī)在視距內(nèi)對準(zhǔn)發(fā)射機(jī)，還要知道如何接收信號，這是很難做到的。即使被截接，必然引起用戶鏈路的中斷而被發(fā)現(xiàn)。因此，F(xiàn)SO比其它無線系統(tǒng)要安全得多。




　　它無須頻率資源申請，300GHz以上的電磁波頻段的應(yīng)用在全球都不受管制，可以免費(fèi)使用。FSO的頻段遠(yuǎn)在300GHz之上。FSO設(shè)備的大小仿如一部保安攝像機(jī)，可以輕而易舉地安裝在屋頂、屋內(nèi)窗后和室外窗戶邊。




　　FSO也存在一些技術(shù)特性所決定的弱點(diǎn)。




　　由于光信號裸露在大氣中進(jìn)行傳輸，勢必會受到氣象條件的影響。風(fēng)力和大氣溫度的梯度變化會產(chǎn)生氣穴，氣穴密度的變化將帶來光折射率的變化，這會造成光束強(qiáng)度的瞬時(shí)突變，即所謂的“閃光”，影響FSO的通信質(zhì)量。為消除閃光的影響，F(xiàn)SO用位于幾個(gè)不同位置的激光發(fā)射器同時(shí)發(fā)送同樣的信息。幾臺激光發(fā)射器安裝在同一地點(diǎn)，彼此間相距200毫米。由于氣穴體積非常小，因此幾束平行的激光在行進(jìn)當(dāng)中不可能遇到完全相同的氣穴，最后，總有一束激光束會被接收機(jī)正確收到。把這種方法與在接收機(jī)中采用多個(gè)獨(dú)立大口徑透鏡的方法相結(jié)合，實(shí)際抵抗氣穴的效果會更好。




　　另一個(gè)嚴(yán)重降低FSO質(zhì)量的因素是天氣。下雪、下雨、霧都會影響FSO的通信質(zhì)量。據(jù)測試，F(xiàn)SO受天氣影響的衰減值分別為：晴天，5～15db/km；雨天，20～50db/km；雪天，50～150db/km；霧天，50～300db/km。其中，霧對FSO的影響最大，這是由于FSO的波長接近霧粒，能量被吸收，同時(shí)，霧粒呈現(xiàn)出棱鏡的作用，使激光產(chǎn)生衍射的結(jié)果。為了消除天氣影響，一些公司研制了融合光和60GHz毫米波的無線通信系統(tǒng)HFR。FSO易受到大霧的影響，而60GHz的毫米波在下雨時(shí)會出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，HFR系統(tǒng)融FSO和60GHz毫米波于一體，采用“RLC”方法，使兩種技術(shù)互為補(bǔ)充、互為冗余、互相熱備份，實(shí)現(xiàn)全天候無線通信。




　　影響FSO性能指標(biāo)的另外兩個(gè)因素是大風(fēng)和地震。由于FSO系統(tǒng)的收發(fā)設(shè)備一般都安裝在高樓之上，因此，大風(fēng)引起建筑物的晃動或地震都會造成光路的偏移。目前已有“偏光法”和“動態(tài)跟蹤法”兩種手段用以解決這一問題。




　　FSO技術(shù)早在20世紀(jì)80年代就開始用于軍方，但近年才被重視和商用。在國外，F(xiàn)SO已被多家電信運(yùn)營商用于商業(yè)服務(wù)，比較典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奧運(yùn)會上，Terabeam公司成功地使用FSO設(shè)備進(jìn)行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實(shí)現(xiàn)了利用FSO設(shè)備向客戶提供100Mb/s的數(shù)據(jù)連接。該公司還計(jì)劃4年內(nèi)在全美建設(shè)100個(gè)FSO城市網(wǎng)絡(luò)。而Airfiber公司則在美國波士頓地區(qū)將FSO通信網(wǎng)與光纖網(wǎng)通過光節(jié)點(diǎn)連接在一起，完成了該地區(qū)整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。在國內(nèi)，電信、移動、網(wǎng)通和聯(lián)通也都有少量的應(yīng)用。




　　FSO在實(shí)際應(yīng)用中可以用于快速業(yè)務(wù)開通、最后一公里寬帶接入、臨時(shí)業(yè)務(wù)提供、無線基站互聯(lián)、城域網(wǎng)主干環(huán)路閉接、電路備份、主干網(wǎng)絡(luò)中繼等方面。







圖1：FSO在帶寬與距離方面與其他接入方式的比較



　　綜上所述，F(xiàn)SO具有明顯的優(yōu)點(diǎn)也存在著一些技術(shù)上的限制，在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該充分了解FSO的特性，合理設(shè)計(jì)、揚(yáng)長避短。作為寬帶接入的一個(gè)新手段，相信FSO有著廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景，特別對新的電信運(yùn)營商，F(xiàn)SO是一個(gè)快速進(jìn)入市場的靈活、有效的武器。



摘自《人民郵電報(bào)》