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标题: [转帖]无线光通信(FSO)技术 [打印本页]

作者: duckweed 时间: 2003-6-16 18:45
标题: [转帖]无线光通信(FSO)技术
[10]作者：陈聪江亿

点对点的无线通信在技术上说起来容易，真用起来挺麻烦的。最大的麻烦就是要到无线电管理部门办理许可证，办不办下来是个问题，真办下来了，还要交一大笔频谱占用费。无线光通信（Free Space Optical，FSO）则省却了这一系列的麻烦。它用光代替无线电波在空间中传输信号，单束光的带宽比整个无线波谱都宽，信号间无干扰，保密性强，也无需到无线电管理部门办许可证。

代替光纤连接企业网

FSO通信设备最初是无线设备生产商为宽带服务运营商开发的一种在不易进行光纤布线的地段代替光纤设备的网络连接方案，没想到被很多企业用户看好，纷纷用在了企业内部网的互联建设上，这实在出乎设备生产商的意料。企业看好FSO的理由有三点：一是综合成本低，用它可以省去租用专线和铺设光纤的一大笔费用；二是通信质量好，无线光通信是一种本地环路技术，最低速度为45Mbps（相当于T3线路），最高为2.5Gbps（相当于OC-48线路）；三是运营商级的通信质量足以满足企业网络应用的各种要求。目前，很多企业把FSO网络与光纤网、微波网和高频段无线网结合起来使用，发挥各自的优点，弥补彼此的不足。

FSO不用激光而是采用红外光作为传输媒质，当收发器架设在大楼间时，不至于对人们的正常工作和生活造成影响。FSO通信系统随着通信距离的增加信号功率会不断衰减，但通信速率却不受影响。如果在某段距离内，FSO通信设备能正常工作在10Mbps的速率上，那么它在10Gbps甚至10Tbps的速率上也能很好地工作。要保证FSO设备高速稳定地工作，往往要在光纤设备端增大光功率，而不是再生新的信号，这样，就可以充分利用DWDM以及其它常规光纤通信设备的功能。LightPointe公司就推出了基于这个原理的新产品。LightPointe的系统以超快的带宽速度提供安全可靠的无线传输，速度最高可达2.5Gbps，产品适应性强，不依赖于通信协议，可解决城市地区的连接问题，而且可提供电信公司等级的网络可用性。

影响FSO效率的因素

距离对FSO通信的影响主要表现在可靠性上。衡量可靠性有个指标叫LINK MARGIN，单位为dB，其意义为FSO设备正常工作所允许的最大功率损耗。一个典型的FSO系统的LINK MARGIN值为20dB，在天气晴好的条件下，每公里光信号的功率损耗大约为1dB，所以，无线光通信系统的最大工作距离就是20公里。FSO采用的红外光在空气中传播时易受各种气候因素的影响，如雨、强烈日光引起的光的散射和雾。在大雾天气下，信号衰减可达到每公里400dB，这使FSO系统的有效工作距离不到50米，比无线LAN还要短。阳光强烈照射下，空气温度和密度不均产生的光的散射现象也会使光信号衰减。影响可靠性的另一个因素是光束聚焦的准确性。有的系统采用精密的跟踪系统，消除接收器的微小偏移对精确聚焦的影响，还有的系统以一定的偏移角度发射光束，不但能消除接收器位移带来的聚焦不准问题，还能应付鸟或树叶对光束的短暂遮挡。

其他无线方式做补充

为克服恶劣天气对光传播的影响，不少公司都提出了各具特色的设想和产品，做得最好的能将LINK MARGIN值提高到40dB。Attochron公司已经做出了对付大雾的产品。但是从技术上说，对付大雾的最佳方案还是无线电波。无线电波的频率比光低很多，可以轻松穿过浓雾；但在普通的无线频谱内，不可避免地又会遇到普通无线电技术所无法回避的一系列麻烦。因此，专家们打起了传统无线频谱之外的无线频谱的主意。目前，还未被开发利用的频谱基本集中在T-RAY频段，这一频段与红外光极其接近。工作在这一频段的FSO设备可以将无线电波和可见光的优点结合起来，在浓雾天气中也可以高速传输数据。目前，T-RAY频段的光通信设备还在研制阶段。同时，另一类工作在高频段的无线通信设备已经面世。2001年，FCC公布了无需办理许可证的W频段，该频段下起59GHz、上至64GHz，足有5GHz的带宽，是所有广播、手机、WLAN带宽总和的好几倍。工作在W频段的微波通信设备通过高效的调制技术能使数据传输速率高达1.25Gbps，FCC的专家估计，这类设备的最高数据传输速率可达100Gbps。Harmonix公司已经推出了最高传输速度为1.25Gbps的W频段产品。

W频段微波设备也有其弱点：大雾奈何不了它，但雨天对它则有很明显的影响。因此，在部署这类设备前，要分析当地降雨的年平均分布规律。FCC将北美划分成许多降雨带，对于W频段无线设备而言，每个降雨带的信号传输距离和可靠性都不相同，同一套设备在弗吉尼亚有99.9999%的接通率，而在佛罗里达则可能只有99.99%。显而易见，在终年无雨的地区，W频段设备是最佳选择，在常年没有雾的地区，用FSO最合适。除此之外，把二种设备结合起来使用是最现实的选择。

现在，已有厂商推出了结合FSO技术和W频段无线技术的复合型产品，在极端天气出现时，设备可自动在FSO和W频段模式间切换。在一般天气里，两类设备同时运行，其中一台作为冗余备份，这一方面可将可靠性从单台的99%提高到99.99%，另一方面还可防止意外的光线遮挡。综合W频段无线技术和FSO技术的复合型设备现在还比较昂贵，但不久价格会有大幅下降。专家介绍，要把在宽带建设大潮中铺设的光纤资源充分利用起来，W频段无线技术和FSO依然是最佳的选择。据RHK分析公司的统计，在美国，只有5%的公司拥有光纤网络，而其中的75%的公司网络与光纤骨干网的距离在1英里之内。FSO和W频段无线技术既可以将本地光纤网进行互联，同时也可作为宽带接入网。

当前有很多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等。其中光纤传输无疑是最安全可靠的通信方式，但光纤敷设较长的周期及高额投资限制了其普及，并且一旦用户离开，业务投资商想要收回投资就会变得十分困难；微波技术日渐成熟，它比FSO的传输距离远，但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许可证），对业务提供商而言，这种接入技术不如FSO经济；尽管铜缆是一种易得的传输媒介，用铜缆相连的大楼也远多于光纤，但XDSL带宽太低，使得这种基于铜缆的接入方式并不是解决“最后一公里”瓶颈问题的最可行的解决方案。FSO相对而言是一种比较好的方案，与其它接入技术相比较，具有比较明显的优点。

FSO与其他接入技术的比较

（1）快速链路部署。因为不需要埋设光纤和等待各种手续上的问题，FSO可以在短至几天内完成连接。FSO的接收器大小如同一部保安摄像机，可以轻而易举地安装在屋顶、屋内甚至窗外。

（2）无需频谱许可证。无线光通讯因设备间没有信号的相互干扰，故无需像无线电通讯（如微波、LMDS）那样申请频率许可证。

（3）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。

（4）安全保密性强。FSO的波束很窄，定向性非常好，非可视光，夜间也无法发现，因此无法探测到链路的位置，更不存在窃听的可能性。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。

（5）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。

（6）成本低。FSO的成本是光纤到楼的1/10～1/3。

（7）便携性。当公司搬迁或临时驻军时，无需重新安装光纤从而节约成本。

表1 FSO与其他接入技术的比较

  接入方式
各种性能
光纤
微波
fso

带宽
1gbps以上
较低
100mbps-10gbps

安全性
安全
不安全
安全

传输距离
120公里
60公里
4公里

成本
10-20万美元/公里
2-3万美元/套
2-3万美元/套

建设速度
4-12月
2-3天
2-3天

市政许可
有
无
无

频谱许可
  无
有
无

便携性
困难
一般
方便

维护
复杂
一般
简便

可以看出，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。FSO与其他接入技术的比较详见表1。
最后一公里的新方案

FSO系统是一种物美价廉，有广泛应用前景和巨大市场潜力的通信系统。由于它的技术特点，在解决宽带网络“最后一公里”瓶颈方面有着重要意义和作用：

骨干网的扩展：通信服务厂商在骨干网建设上花费大量资金，以提升网络整体性能与快速发展的市场需求。但是，在最后一公里的建设上，通信服务厂商却着力不多，而其实很多网络应用的瓶颈不在骨干网上而是在最后一公里。为了在现有的骨干网上，快速进行扩展和向外延伸，FSO是一种不错的选择。

光纤网络的备援：目前大多数电信运营商都采用两条光纤连接来保证所构建的商业应用网的安全。现在，运营商无需部署两条光纤链路，可以选择FSO系统作为备份光纤的冗余链路，以节省投资。

宽频接入：目前主干网的频宽容量急剧增加，从622 Mbit/s到10 Gbit/s，再到更高的40Gbit/s DWDM。同样，客户端网络的频宽也从10 Mbit/s增加到100 Mbit/s，再到Gb的以太网络。仅网络接入部分仍未有可突破频宽成本与容量瓶颈的有效解决方法。无线通信的宽频网络接入瓶颈更为严重，因此，在此部分FSO有很大的发展空间。

企业应用：由于FSO是以小功率的红外激光束为载体，可将收发器装设在楼顶或窗外传输数据。FSO的灵活性使它可以应用于许多企业和学校，例如企业LAN到LAN的连接及校园网的连接。以FSO来代替光纤接取各局端，不但能降低成本，而且具有更高的传输速度。

无线基地台数据的回传：FSO亦可用来接取行动电话基地台与交换中心，将基地台接收的信号传至与有线公用电话网相连的交换中心设备。

其它需要高速接取的终端：由于FSO网络建设时成本低、操作简单，因此可以用在其它高速连接的终端应用。如：楼与楼之间、横跨诸如公路与河流之类复杂地形、灾难恢复及临时解决方案的网络快速部署方案。

相关链接

20亿美元的市场

任何一种技术的崛起源于市场的需求。随着FSO技术发展成熟，在未来1-2年内，FSO技术必定成为脱颖而出的通信手段。据预测，到2005年，FSO会形成20亿美元的市场需求。

成功应用

目前，将FSO应用于商业服务比较典型的公司有Terabeam和Airfiber。在2000年悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供100Mb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网(SONET)通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。

在国内，清华同方研究发展中心一直致力于“Last Mile”解决方案的探索，于2001年12月成立了“FSO技术跟踪研究小组”，并在今年推出自由空间光通讯产品TFOW 100-1，完成了1000米点到点通讯样机的检测。

文章来源：中国计算机报网

作者: webb 时间: 2003-6-20 03:46
标题: [转帖]无线光通信(FSO)技术
又是一篇概述性的，没意思！

作者: yogi 时间: 2003-6-27 00:20
标题: [转帖]无线光通信(FSO)技术
没意思

作者: gaginan 时间: 2003-10-24 00:23
标题: [转帖]无线光通信(FSO)技术
怎么每次都是转载文章来赚钱呢？

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