光无线通信系统技术

20世纪90年代后期，全球通信网络开始大规模扩容，先是广域网的不断扩展，接着是城域网的大量建设。与此同时，用户内部的局域网快速增长。将这些高速的局域网连接到运营商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。光纤虽能解决传输速率的问题，但铺设的昂贵和耗时却限制了它的发展。许多无线通信技术也能解决"最后一公里"问题，但存在频率通道的拥挤以及申请困难和电磁辐射的安全问题，如何提供快速、低价、安全的宽带接入，成为迫切需要解决的问题。

光的无线宽带传输是新近发展的接入方式，是光通信和无线通信结合的产物，光无线通信技术随着激光器件的工程开发利用而日趋成熟。它利用高度集中的光束穿透大气空间作为信息的传输载体，而不是通过光纤传送信号。这种技术的接入系统在组成结构上与光纤传送系统非常相似，物理组成也是非常简单的，用户无需申请无线频率，而且起始投资低，运营费用低，能快速装设，可提供与光纤系统相似的传送带宽。由于系统具有传输速率快、结构简单、组网灵活等特点，在跨江跨河等不具备有线接入条件和需快速组建通信网络的场合有很高的使用价值，也受到越来越多电信运营商的关注，应用范围不断扩大。已商用的这类系统，容量从100Mbit/s到2.5Gbit/s。也有一些试验采用波分复用技术，达到160Gbit /s的速率。尽管受到气象条件的限制，只能在较短的距离内使用，一般限于2km以下。但在许多场合下，作为一种独特的方式，光无线接入可以起到很好的作用，成为当前已有几种宽带接入方式很好的补充手段。

1 光无线通信网的基本结构和技术

光无线通信是一种视距传输技术，其基础是电-光和光-电的转换，可以实现数据、影像和等的传输，以大气作为媒质。实际上激光出现后最先研制的就是光无线通信系统。光无线通信的优点是传输距离远、信道容量大、发射天线小、保密性好以及抗电磁干扰等。除此以外，光无线通信不需要许可执照，不需要铺设电缆，不需要挖沟，不需要租用线路，不需要频谱规划，建设周期短，对环境没有影响。宽带光无线通信的电子频谱位于极高的光频段，不存在微波等电磁干扰。光无线通信因为这些优点，越来越受到关注。

一个光无线通信系统构成如图1所示，包括三个部分：发射机、信道和接收机。光发射机的光源受到电信号的调制，并通过作为天线的光学望远镜，将光信号经过空间送到接收端的望远镜。高灵敏度的光接收机，将望远镜收到的光信号再转换成电信号，值得注意的是，发送端和接收端之间，必须是互相视线可见的，两终端之间不能有阻挡。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。光无线系统通常使用0.85μm或1.5μm红外波段。0.85μm的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。1.5μm的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。 1.5μm的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1.5μm波长设备的功率可以比0.85μm的设备高2个等级，1.5μm波长的光无线通信具有更广阔的使用前景。

图1 光无线通信系统示意

光无线通信网按照组网的结构来说。可组成点对点、星形(点到多点)和格形(网状网)三种结构。点到点结构是最简单的网络拓扑，目前已使用的系统多数采用此结构，其原因是大多数系统只是用来连接企业内部的各幢大楼，作为高带宽的专线连接。点到点结构的优点是独立的链路，网络规划简单；其缺点也很多，例如不能低成本有效地进行扩展；光链路没有任何保护，有一个点出故障，链路就中断。它不适合电信级系统。

星形(点到多点)结构的优点是可以把业务集中到一点(集线器或中心节点)再接入核心网，效率较高、比较经济；其缺点是能提供的带宽较少，每条链路仍无冗余保护，可靠性较差。为了在视距内连接尽可能多的大楼，集线器的位置非常关键。

格形(网状网)结构的主要优点是通过多个网络节点可以提供几乎实时的迂回链路，使服务得到保护，即具有服务恢复或服务冗余度的特点。网状网结构还可以把业务集中到某些特定点：再有效地接入网络，比较符合电信级的要求。其缺点是传输距离短、成本高(每幢大楼有多条链路)，网络规划复杂。

2 光无线通信存在的主要问题及解决方案

尽管光无线通信有许多优点，但也存在以下几个问题。

FSO(自由空间光通信) 是一种视距宽带通信技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时波束就会变宽导致难以被接收点正确接收。目前，在1km以下才能获得最佳的效果和质量，最远