无线光通信技术及其应用

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1、OPTICALCOMMUNICATIONTECHNOLOGYNo.4中国无线电电子学、电信技术类核心期刊Ξ无线光通信技术及其应用苏磊(信息产业部电子第三十四研究所桂林541004)摘要论述了无线光通信技术的发展历史,简要介绍了工作原理、与其他接入方式的对比情况、关键技术以及现代无线光通信设备的特征及其主要应用场合。关键词FSO无线光通信中图分类号TN929.12虚拟光纤文献标识码A无线光通信技术发展史光在空气中直接传输的通信方式称之为无线光通信。也就是利用激光束作为信道在空间(近地或外太空)中直接进行语音、数据、图像等信息双向传送的一种技

2、术。又称为“自由空间光通信”FSO(FreeSpaceOpticalcommunication)或虚拟光纤(VirtualFiber)。无线光通信的出现比无线电通信要早得多。在两千七百年前的周幽王时代,就有了利用烽火台通信的方法。这是人类最早利用无线光通信的典型方式。后来,虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高,但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用,例如红黄绿交通信号灯、旗语等。不论是烽火台,还是交通红绿灯、旗语,它们都是利用大气来传播可见光,由人眼来接收。这些都是非常原始的无线光通信方式。其后许多年,无线光通信几乎没有

3、什么太大的发展。尽管如此,人们仍然没有对无线光通信失去兴致。以发明电话而著名的贝尔,在1876年发明了电话之后,就想到利用光来通电话。1880年,他利用太阳光作光源,大气为传输媒质,用硒晶体作为光接收器件,成功地进行了光电话的实验,通话距离最远达到了213m。1881年,贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文,报导了他的光电话装置。在贝尔本人看来:在他的所有发明中,光电话是最伟大的发明。这被认为是近代无线光通信的开始。1930年至1932年间,日本在东京的日本电报公司与每日新闻社之间实现了3.6km的无线光通信,但在

4、大雾大雨天气里效果很差。第二次世界大战期间,无线光电话发展成为红外线电话,因为红外线肉眼看不见,更有利于信息保密。利用光在大气中传送信息方便简单,所以人们开始研究的光通信都是这种方式。但是光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制,比如在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况,信号传输受到很大阻碍。此外,太阳光、灯光等普通的可见光源,都不适合作为通信的光源,因为从通信技术上看,这些光都是带有“噪声”的光。也就是说,这些光的频率不稳定、不单一,光的性质也很复杂。因此,要用光来通信,必须找到高强度的、可靠的光源。在此后的几十年中,由于这项关键技术没有

5、得到解决,无线光通信就一直裹足不前。也正因此,贝尔的光话始终没有走上实用化的阶段。1960年7月8日,美国科学家梅曼发明了红宝石激光器,从此人们便可获得性质与电磁波相似而频率稳定的光源。激光器的发明对无线光通信的研究工作产生了重大的影响。研究现代化无线光通信的时代也从此开始。20世纪60年代后,随着人们对通信的要求变得12002年第4期苏磊:无线光通信技术及其应用23越来越强烈,无线光通信获得了突飞猛进的发展。许多实验室用氢-氖气体激光器做了传送电视信号和20路电话的实验。也有的公司制成了语言信道试验性通信系统,最大传输距离为600米。到

6、70年代初无线激光通信己进入应用发展阶段。然而1970年半导体激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破,使光纤通信开始从理想变成可能,这立即引起了各国电信科技人员的重视,他们竞相进行研究和实验。1977年,世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用,速率为45Mb/s。这也同时标志着无线光通信的研发开始转向外太空光通信,近地的无线光通信工作几乎停滞。20世纪90年代后期,随着全光接入网的发展,对固定无线应用的关注和对高速率的要求,无线光通信技术因其具有独到的优势,在固定无线宽带接入技术中,能为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案

7、,又得到了极大的关注。其应用范围己从军用和航天逐渐迈入民用领域,技术也在得以逐步完善。作频段在350THz,设备间无射频信号干扰,所以目前无需申请频率使用许可证。③运营成本相对低廉由于无须进行昂贵的管道工程铺设和维护,使得其造价约为光纤通信工程的五分之一。经测算,费用相当于＄6/Mbps/月。④架设迅速无线光通信架设、组网速度快,只须在通信节点上进行设备安装,工程建设以小时或天为计量单位,尤其适合作为光纤通信的应急故障后备及临时构造大容量的通信链路。重新撤换部署也很方便。⑤透明的传输协议对于任何传输协议均可容易的迭加,电路和数据业务都可透

8、明传输。⑥设备尺寸小由于光波的波长短,在同样功能情况下,光收发天线的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多,同时功耗小,体积小,重量轻。⑦信息容量大光波作为信息载体可轻易传输高达10Gb/s的