空间光通信技术及其应用

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1、空间光通信技术及其应用～教育资源库　　单吉祥上海邮电设计院　　光纤通信与无线通信是当前的热门技术。一种新型宽带接入技术自由空间光通信系统（FSO：FreeSpaceOpticalmunicationsystem），是二者结合的产物。FSO不是用光纤作为传输媒介是在空气中用激光或光脉冲在THz光谱范围内传送分组数据的通信系统。尽管60年代就有人对无线光通信进行过研究，但当时主要用于军事及实验目的，其商业应用最近一、两年才在美国兴起。FSO技术既能提供类似光纤传输的速率，又无需在频谱等稀有资源方面有很大的初始投资；

2、另外，激光技术的进步已经使耐用可靠的器件变得很便宜，大大降低了FSO设备的造价；与光纤线路相比，FSO系统不仅建设周期较短，成本也低很多，大约是光纤到大楼成本的1/10-1/3。因此，在目前许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高）的情况下，FSO不失为一种解决最后一公里瓶颈问题的有效途径。　　拓扑结构　　FSO网络主要有3种拓扑结构：点到点、点到多点（星形）和格形网，也可以把它们组合起来使用。　　点到点结构是最简单的网络拓扑。目前已使用的FSO系统多数采用此结构，其原因是大多数系统

3、只是用来连接企业内部的各幢大楼，作为宽带的专线连接。点到点的网络拓扑结构的优点是链路独立，网络规划简单；但是其光链路没有任何保护，只要有一个点出故障，链路就中断，因而它不适合于在电信级系统中应用。　　点到多点的网络拓扑结构可以把业务集中到一点（集线器或中心节点），再接入核心网，这种组网结构效率较高、较经济。但每条链路仍无冗余保护，可靠性较差；并且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，集线器的成本也较高。　　格形结构通过多个网络节点可以提供几乎实时性的迂回路由，使服务得到保护。格形结构还可以把业务

4、集中到某些特定点，再有效地接入光纤网络。其缺点是传输距离短、成本比点对点、点对多点的网络拓扑高，网络规划也较复杂。　　优点　　光纤连接非常昂贵，据统计，即使在通信发达的国家，如美国，也有几乎90%的办公大楼与电信业务提供商之间没有光纤连接。根据AirFiber公司的分析，如果在美国采用FSO的格形结构配置，每幢大楼的成本约为2万美元，平均链路长度为55米，最长为200米，安装时间也只需要2-3天。相反，如果采用光纤连接，则每幢大楼需5～20万美元，通常需要4-12个月才能连通。因此，成本低、安装方便、建设快是F

5、SO系统的主要优点。除此以外，FSO还有如下一些优点：　　无需频谱许可证。无线光通信因设备间无信号的相互干扰，故无需像无线电通信（如微波、LMDS）那样申请频率许可证。　　带宽高。如果采取点到点的组网方式，FSO能支持155Mb/s-10Gb/s的传输速率，传输距离在2-4公里之间。在点到多点的组网方式中，FSO同样能支持155Mb/s-10Gb/s的传输速率，但传输距离为1-2公里。如果采用格形的组网方式则可支持622Mb/s的传输速率，传输距离为200-400米。　　安全保密性强。FSO的波束很窄，定向性非

6、常好，并且用户到集线器之间的链路通常是加密的，安全保密性较强。　　　协议透明。FSO以光为传输媒介，任何传输协议均可容易地叠加上去，对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送。　　缺点　　FSO是一种视距技术，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（一般为几公里）波束就会变宽以致难以被接收节点正确接收。所以FSO一般只限于城市内使用。目前，大部分测试表明，在1km以下才能获得最佳的效率和质量。　　传输质量对天气非常敏感是FSO的另一主要问题。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨天、下雪和雾天对传输

7、质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、雾，50-300db/km，目前针对这一问题有缩短传输距离、采用备份链路等解决办法。　　建筑物晃动将影响两个点之间的激光对准。对FSO来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准（捕获）和保持（跟踪）至关重要。但在对准以后，在风力和其它因素的作用下，建筑物会有些晃动，这就要求链路两端设备都必须具备自动跟踪的能力。　　激光的安全问题也会影响其使用。超过一定功率电平的激光

8、有可能对人眼产生影响，人体也可能被激光系统释放的能量伤害。目前有关激光的安全标准都建议其功率电平应允许让裸视和助视（如双筒望远镜）时，眼睛看到不会受到伤害。　　与其他接入技术的比较　　当前有很多种接入技术可供选择，比如FSO、光纤、DSL以及LMDS等。其中光纤传输无疑是最可靠的通信方式，但光纤敷设的较长周期及高额投资限制了其普及，并且一旦用户离开，业务提供商想要收回投资就变得十分困难