方伟
自由空间光通信或称无线光通信FSO是近期浮出水面的一种宽带接入方式。随着电信领域竞争的日趋激烈，宽带接入资源的拥有和快速部署已成为占领市场和争取主动的重要因素。在市场需求的拉动下，各种宽带接入解决方案纷纷登场，其中既有传统技术又有新兴技术，如光纤、数字微波、MMDS、LMDS、XDSL等。FSO以其带宽宽、部署快、不须频率申请的特点，一经推出就引起了业界的关注。
FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。
FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。1550纳米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。1550纳米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1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高2个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。
FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps－10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。
FSO在传输带宽方面比除光纤外的其它宽带接入方式有着明显的优势，图1是FSO在传输带宽和距离方面与其它宽带接入方式的比较。
由于激光具有直线性和窄波束的特点，FSO主要用于点对点视距传输。使用时，要求通信两点间必须无阻碍，任何对光束的遮挡都将对通信造成影响。同时，要求两端设备对准且固定牢稳，以保证对光信号的直接有效接收。
由于采用激光通信，信号方向性强，能量集中，不向空中其它方向产生辐射，因此，FSO系统不会同频干扰，即使链路交叉也不影响通信，因此，同一地点可以装多套FSO设备。
FSO是物理层传输设备，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、图像等业务可以实现透明传送。FSO的优点还有传输保密性好，因为它的波束很窄且不可见，很难在空中发现其业务链路。同时，这些波束定向性强，是对准某一接收机的，如想截接，就要用另一部接收机在视距内对准发射机，还要知道如何接收信号，这是很难做到的。即使被截接，必然引起用户链路的中断而被发现。因此，FSO比其它无线系统要安全得多。
它无须频率资源申请，300GHz以上的电磁波频段的应用在全球都不受管制，可以免费使用。FSO的频段远在300GHz之上。FSO设备的大小仿如一部保安摄像机，可以轻而易举地安装在屋顶、屋内窗后和室外窗户边。
FSO也存在一些技术特性所决定的弱点。
由于光信号裸露在大气中进行传输，势必会受到气象条件的影响。风力和大气温度的梯度变化会产生气穴，气穴密度的变化将带来光折射率的变化，这会造成光束强度的瞬时突变，即所谓的“闪光”，影响FSO的通信质量。为消除闪光的影响，FSO用位于几个不同位置的激光发射器同时发送同样的信息。几台激光发射器安装在同一地点，彼此间相距200毫米。由于气穴体积非常小，因此几束平行的激光在行进当中不可能遇到完全相同的气穴，最后，总有一束激光束会被接收机正确收到。把这种方法与在接收机中采用多个独立大口径透镜的方法相结合，实际抵抗气穴的效果会更好。
另一个严重降低FSO质量的因素是天气。下雪、下雨、雾都会影响FSO的通信质量。据测试，FSO受天气影响的衰减值分别为：晴天，5～15db/km；雨天，20～50db/km；雪天，50～150db/km；雾天，50～300db/km。其中，雾对FSO的影响最大，这是由于FSO的波长接近雾粒，能量被吸收，同时，雾粒呈现出棱镜的作用，使激光产生衍射的结果。为了消除天气影响，一些公司研制了融合光和60GHz毫米波的无线通信系统HFR。FSO易受到大雾的影响，而60GHz的毫米波在下雨时会出现衰减现象，HFR系统融FSO和60GHz毫米波于一体，采用“RLC”方法，使两种技术互为补充、互为冗余、互相热备份，实现全天候无线通信。
影响FSO性能指标的另外两个因素是大风和地震。由于FSO系统的收发设备一般都安装在高楼之上，因此，大风引起建筑物的晃动或地震都会造成光路的偏移。目前已有“偏光法”和“动态跟踪法”两种手段用以解决这一问题。
FSO技术早在20世纪80年代就开始用于军方，但近年才被重视和商用。在国外，FSO已被多家电信运营商用于商业服务，比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，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，电信、移动、网通和联通也都有少量的应用。
FSO在实际应用中可以用于快速业务开通、最后一公里宽带接入、临时业务提供、无线基站互联、城域网主干环路闭接、电路备份、主干网络中继等方面。
图1：FSO在带宽与距离方面与其他接入方式的比较
综上所述，FSO具有明显的优点也存在着一些技术上的限制，在应用时，应该充分了解FSO的特性，合理设计、扬长避短。作为宽带接入的一个新手段，相信FSO有着广阔的应用空间和发展前景，特别对新的电信运营商，FSO是一个快速进入市场的灵活、有效的武器。
摘自《人民邮电报》
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