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无线光路(FSO)的网络应用
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网络的宽带无线接入方式，目前主要是MMDS（多道多点分布业务）和LMDS（本地多点分布业务）。为适应高速数据传输的要求，从根本上拓宽“最后一公里”用户接入的“瓶颈”，无线光传输亦称无线光路（FSO，Free-Space Optics）开始受到广泛的关注和应用。
1.基本概念
无线光路与LMDS的链路结构框架类似，是由置于建筑物顶端或高层单元窗后的光路链接头（光收发两用机）进行两点定向、实用双工的传输和转发。因此具有开设便捷、组网迅速、成本低廉等优点。一般而言，架设无线光路的费用只是敷设同等距离长度光缆线路的1/6。FSO与LMDS的基本差异是：后者工作于几吉赫兹至数十吉赫兹的毫米波段，而前者是位于300GHz以上的红外光波段，这一广阔频域更适于宽带高速数据传输，且无需频道占用费，其使用的主要限制只是辐射功率不能超过国际电信委员会颁布的标准限度。FSO主要工作于两个波长：850nm或1550nm。850nm激光器较为廉价，但传输距离不能过长，而1500nm激光器较昂贵，但有优点：1500nm红外光主要由人眼角膜所吸收，不会对视网膜造成明显损害；所允许的功率值比850nm波束高出两个数量级，因而在保持正常工作的适当信号强度条件下，链路跨度至少可延长5倍；1500nm波长的高数据传输率、抗雾障能力和远距等综合性能颇具竞争力。目前应用的FSO最高能以每秒数吉比特的速率双向传输，单跨链距可达数公里。
2.主要应用
（1）扩展都市城域网。运营商可利用FSO来扩展现有的都市区域光缆环路，使其能后续扩接新的无线网络，并形成有线、无线综合光传输网络，这是向家庭用户直接提供高速数据传输服务的最佳途径。
（2）“最后一公里”宽带接入。多年来，网络线路的投资重心明显失衡，倾斜于主干光缆及中心地带，而极少关注网络边缘的用户需求。在美国虽然都市90％的建筑物是在离主干光缆1.5km的范围内，但却大多数无法连通，这不仅是因为每公里10-20万美元的高额光缆敷设费用，更是由于许多城市为避免交通阻塞、空气污染、树木移植和破坏历史遗迹，已逐步限制光缆的掘沟敷设，从而使面向终端用户的“最后一公里”路程颇为艰难，FSO无疑是解决这一矛盾的重要技术选择。
（3）楼间连通。许多局域网络设置于独立的楼体内部，这些楼宇又被公共街区和其他设施所隔离。无线光路（FSO）的性质特别适于实现楼间局域网连通。
（4）光缆备份。无线光路可设置于重要的有线光缆地段之间，作为候补线路，保障光缆的无间断正常工作。这对战时和抗灾应用尤为重要。
（5）回程传输。以无线方式从天线塔向经有线连接到公共电话网络的相关设施回传移动电话信号，也是FSO的用途之一。
世界上一些著名的无线光通信公司正与欧、亚、北美和中东的电信运营商联合进行现场试验，以扩大FSO的应用范围。
3.环境挑战
FSO有许多优点，但其薄弱环节也是显而易见的：传输路径始终暴露在变化无常的大气环境中。如何克服环境条件带来的干扰障碍是FSO面临的重要挑战，首先要解决3个问题：光闪烁、MIE散射、波束偏移。
光闪烁是影响光路传输性能的重要原因。它是由大气湍流引起的时空变化，这种湍流是由风和温度差所产生的空气囊体，随着浓度的改变，空气囊体也就迅速地改变着光线的折射率，其作用恰似一个随时间改变着特性的棱镜和透镜，这正是造成夜空中星体闪烁现象的原因。FSO传输系统处理光闪烁干扰的主要手段是采用“空间多径法”，即同样的信息是从几个分离的激光器发出，这些发射器被安装在相同的房间位置或链接头中，但以约200mm的间隔安装，由于空气囊体通常很小且光束为多点并行，因而在传输到接收机的过程中，不可能所有的光速都碰到相同的湍流气囊体，一般概率是总有光束能以适当强度抵达目标节点被正常接收，如果结合使用多个空间相互分离的大孔径接收透镜，那么这种多束方法将会更有效。由于是利用了空间的多域性，故该法因此而得名“空间多径法”，它对克服由窗玻璃引起的闪烁干扰也是有效的。
雾障形成的MIE散射也是影响无线光传输的重要因素。对付它的办法主要是增大发射功率，在多雾条件下，常常有必要选择1500nm激光器，因为该波长允许更高的发射功率，为保障传输质量，单跨光路长度往往被限定在200-500m内。
光路链接头一般置于高塔或建筑物高端，容易受到风和地震的影响而产生摆动位移，破坏光束对接瞄准。解决这一问题的方法主要是波束分向和有源跟踪。所谓波束分向是在波束发端预设3-6毫弧度的张角，使光束呈锥形状，运行约1km后，在收端可扩大3-6m直径的波束覆盖面，链接头瞄准轴线的摆动在一定范围内，仍可保证光束对接。波束分向法廉价而有效，但在摆动错位较大时难以奏效，当自在接收光束覆盖面边缘时，虽能维护对接，但功率密度小，传输灵敏度低。对此，可采用比较复杂，但更为有效的有源跟踪系统，其原理是利用可移动反射镜面来控制波束发射方向，一个反馈机构不断动态调整后射镜在，以使波束与目标保持对接。
摘自《现代通信》2002.10
1.基本概念
无线光路与LMDS的链路结构框架类似，是由置于建筑物顶端或高层单元窗后的光路链接头（光收发两用机）进行两点定向、实用双工的传输和转发。因此具有开设便捷、组网迅速、成本低廉等优点。一般而言，架设无线光路的费用只是敷设同等距离长度光缆线路的1/6。FSO与LMDS的基本差异是：后者工作于几吉赫兹至数十吉赫兹的毫米波段，而前者是位于300GHz以上的红外光波段，这一广阔频域更适于宽带高速数据传输，且无需频道占用费，其使用的主要限制只是辐射功率不能超过国际电信委员会颁布的标准限度。FSO主要工作于两个波长：850nm或1550nm。850nm激光器较为廉价，但传输距离不能过长，而1500nm激光器较昂贵，但有优点：1500nm红外光主要由人眼角膜所吸收，不会对视网膜造成明显损害；所允许的功率值比850nm波束高出两个数量级，因而在保持正常工作的适当信号强度条件下，链路跨度至少可延长5倍；1500nm波长的高数据传输率、抗雾障能力和远距等综合性能颇具竞争力。目前应用的FSO最高能以每秒数吉比特的速率双向传输，单跨链距可达数公里。
2.主要应用
（1）扩展都市城域网。运营商可利用FSO来扩展现有的都市区域光缆环路，使其能后续扩接新的无线网络，并形成有线、无线综合光传输网络，这是向家庭用户直接提供高速数据传输服务的最佳途径。
（2）“最后一公里”宽带接入。多年来，网络线路的投资重心明显失衡，倾斜于主干光缆及中心地带，而极少关注网络边缘的用户需求。在美国虽然都市90％的建筑物是在离主干光缆1.5km的范围内，但却大多数无法连通，这不仅是因为每公里10-20万美元的高额光缆敷设费用，更是由于许多城市为避免交通阻塞、空气污染、树木移植和破坏历史遗迹，已逐步限制光缆的掘沟敷设，从而使面向终端用户的“最后一公里”路程颇为艰难，FSO无疑是解决这一矛盾的重要技术选择。
（3）楼间连通。许多局域网络设置于独立的楼体内部，这些楼宇又被公共街区和其他设施所隔离。无线光路（FSO）的性质特别适于实现楼间局域网连通。
（4）光缆备份。无线光路可设置于重要的有线光缆地段之间，作为候补线路，保障光缆的无间断正常工作。这对战时和抗灾应用尤为重要。
（5）回程传输。以无线方式从天线塔向经有线连接到公共电话网络的相关设施回传移动电话信号，也是FSO的用途之一。
世界上一些著名的无线光通信公司正与欧、亚、北美和中东的电信运营商联合进行现场试验，以扩大FSO的应用范围。
3.环境挑战
FSO有许多优点，但其薄弱环节也是显而易见的：传输路径始终暴露在变化无常的大气环境中。如何克服环境条件带来的干扰障碍是FSO面临的重要挑战，首先要解决3个问题：光闪烁、MIE散射、波束偏移。
光闪烁是影响光路传输性能的重要原因。它是由大气湍流引起的时空变化，这种湍流是由风和温度差所产生的空气囊体，随着浓度的改变，空气囊体也就迅速地改变着光线的折射率，其作用恰似一个随时间改变着特性的棱镜和透镜，这正是造成夜空中星体闪烁现象的原因。FSO传输系统处理光闪烁干扰的主要手段是采用“空间多径法”，即同样的信息是从几个分离的激光器发出，这些发射器被安装在相同的房间位置或链接头中，但以约200mm的间隔安装，由于空气囊体通常很小且光束为多点并行，因而在传输到接收机的过程中，不可能所有的光速都碰到相同的湍流气囊体，一般概率是总有光束能以适当强度抵达目标节点被正常接收，如果结合使用多个空间相互分离的大孔径接收透镜，那么这种多束方法将会更有效。由于是利用了空间的多域性，故该法因此而得名“空间多径法”，它对克服由窗玻璃引起的闪烁干扰也是有效的。
雾障形成的MIE散射也是影响无线光传输的重要因素。对付它的办法主要是增大发射功率，在多雾条件下，常常有必要选择1500nm激光器，因为该波长允许更高的发射功率，为保障传输质量，单跨光路长度往往被限定在200-500m内。
光路链接头一般置于高塔或建筑物高端，容易受到风和地震的影响而产生摆动位移，破坏光束对接瞄准。解决这一问题的方法主要是波束分向和有源跟踪。所谓波束分向是在波束发端预设3-6毫弧度的张角，使光束呈锥形状，运行约1km后，在收端可扩大3-6m直径的波束覆盖面，链接头瞄准轴线的摆动在一定范围内，仍可保证光束对接。波束分向法廉价而有效，但在摆动错位较大时难以奏效，当自在接收光束覆盖面边缘时，虽能维护对接，但功率密度小，传输灵敏度低。对此，可采用比较复杂，但更为有效的有源跟踪系统，其原理是利用可移动反射镜面来控制波束发射方向，一个反馈机构不断动态调整后射镜在，以使波束与目标保持对接。
摘自《现代通信》2002.10
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