基本介紹
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自由空間光學通訊 - 簡介
紅外雷射通訊即自由空間光學通信（FSO），是指採用雷射器生成的光束，通過空氣從一台設備到另一台設備傳送寬頻數據、語音和視頻。這一技術可以視為與通過光纖電纜實現的光通信有線傳輸同等的光通信無線傳輸技術。這種通訊能有效的解決通訊量和信息安全的問題。其套用範圍已從軍用和航天逐漸邁入民用領域，其技術本身也在不斷完善中。
自由空間光學通訊 - 基本原理
自由空間光學通信系統是以大氣作為傳輸媒質來進行光信號的傳送的。只要在收發兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發射功率，通信就可以進行。
自由空間光學通訊系統所用的基本技術是光電轉換。在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發射機和光接收機，可以實現全雙工的通信。光發射機的光源受到電信號的調製，並通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號經過大氣信道傳送到接收端的望遠鏡。高靈敏度的光接收機，將望遠鏡收到的光信號再轉換成電信號。
由於大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段視窗。光的無線系統通常使用850nm或1550nm的工作波長。同時考慮到1500nm的光波對於霧有更強的穿透能力，而且人眼更安全，所以1550nm波長的FSO系統具有更廣闊的使用前景。
自由空間光學通訊 - 特點
速率高
自由空間光通信與微波技術相比，它具有調製速率高、頻頻寬、不占用頻譜資源等特點。
靈活度高
與有線和光纖通信相比，它具有機動靈活、對市政建設影響較小、運行成本低、易於推廣等優點。它可以直接架設在屋頂，由空中傳送。既不需申請頻率執照，也沒有敷設管道挖掘馬路的問題。使用點對點的系統，在確定發收兩點之間視線不受阻擋的通道之後，一般可在數小時之內安裝完畢，投入運行。在考慮到當地氣象的條件以後，光無線系統一般可得到99.9%的可用性。如果採用其他系統構成主備用，甚至可達到99.999%電信級的可用性要求.
價格低廉
運行便利
自由空間光學通訊對運行的協定透明，通信網路常用的SDH、ATM、ip等都能通過。
升級便利
自由空間光學通訊可組成點對點、星形、和格線形結構的網路，易於擴容升級，只需稍作接口的變動就能改變容量
自由空間光學通訊 - 套用範圍
2、可以套用於移動通信基站間的互連，無線基站數據回傳；
3、套用於城域網的建設以及最後一公里接入；
4、在技術上或經濟上不宜敷設光纜的地區，在不宜採用或限制使用無線電通信的地方；
5、在軍事設施或其他要害部門需要嚴格保密的場合；
6、在企業內部網互連和數據傳輸。
自由空間光學通訊 - 存在問題
距離因素
雷射通訊
FSO是一種視距寬頻通信技術，傳輸距離與信號質量的矛盾非常突出，當傳輸超過一定距離時波束就會變寬導致難以被接收點正確接收。在1km以下才能獲得最佳的效果和質量，最遠只能達到4Km。多種因素影響其達不到99.999%的穩定性。
氣象因素
FSO系統性能對天氣非常敏感是另一個主要問題。晴天對FSO傳輸質量的影響最小，而雨、雪和霧對傳輸質量的影響則較大。據測試，FSO受天氣影響的衰減經驗值分別為：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、霧，50-300db/km。國外為解決這個難題，一般會採用更高功率的雷射器二極體、更先進的光學器件和多光束來解決。
建築因素
城市內，由於建築物的阻隔、晃動將影響兩個點之間的雷射對準。
雷射安全因素
雷射的安全問題也會影響其使用，超過一定功率的雷射可能對人眼產生影響，人體也可能被雷射系統釋放的能量傷害。所以產品要符合眼睛安全標準。
自由空間光學通訊 - 研究現狀
國外
在自由空間光通信（FSO）領域，國外已經開始了將近10年的研究，國外幾個大的FSO廠家，包括LightPointe公司，AirFiber 公司，Canon 公司，Terabeam 公司。LightPointe收到Corning和思科系統公司的投資款3千多萬美元，而AirFiber則獲得大概來自北電網路的5千萬美元，朗訊科技則投資了4億5千萬美元的巨款在Terabeam身上。
Lucent公司：1998年3月開始開發，1999年3月發布WaveStar OpticAir system 產品。單波長，傳輸速率2.5 Gb/s, 四波長10 Gb/s, 距離5Km，1999年12月，Global Crossing Ltd.現場使用。
LightPointe公司：將自由空間光學技術用於創造、設計和製造電信公司等級的光傳輸設備，向電信服務商提供比傳統光纜傳輸速度更快、成本更低的高速通訊解決方案。
AirFiber公司：位於美國加洲San Diego，1998年5月成立，主要服務於大城市大樓寬頻接入。
Canon公司：是世界著名生產光學儀器的公司，主要產品有：Canobeam DT-50，速率從25Mb/s到622Mb/s。產品特點是具有自動跟蹤系統，不因建築物的擺動和震動而使傳輸中斷。
中國
國內FSO還在起步階段，有幾家研究所與公司由於跟蹤這項技術比較早，所以現在在實驗室作出了自己的樣機，但是還沒有一家公司規模性的來生產FSO設備。幾家樣機比較成熟的單位有：桂林三十四所，清華同方有限公司，中科院成都光電技術研究所，深圳飛通有限公司，上海光機所等。
桂林三十四所：主要進行軍品的研究，在1997年4月曾派員到俄羅斯，就雷射大氣通信技術及套用情況進行了實地考察。它的樣機在2001年2月由主管部門進行設計定型，已經有部分投入試用。它的產品的主要性能參數有：傳輸速率:8Mb/s，34Mb/s，155Mb/s；工作波長：850nm；通信距離:1～4Km；光發射功率：小於40mW。
中科院成都光電技術研究所：引進國外公司先進的雷射器及其附屬電路，利用自己在光學器件上的優勢，開發出了工作波長為850nm，可以傳輸1公里、4公里兩種距離的兩款產品。產品主要性能參數是，速率：10Mb/s；工作波長：850nm；通信距離：1～4Km；光發射功率：3～30mW。
上海光機：承擔的“無線雷射通信系統”項目在2003年1月13日通過了驗收。該系統具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能。其傳輸速率可以達到622Mb/s，通信距離可以達到2Km，自動跟蹤系統的跟蹤精度為0.1mrad，回響時間為0.2s，已申請一項專利。
深圳飛通有限公司：利用自身強大的光電器件的優勢，開發出了光收發模組加上EDFA系統方式的樣機，其速率有155Mb/s，622Mb/s,以及1.25Gb/s幾種，通信距離最遠可達4KM。
自由空間光學通訊 - 套用範例
中國
在中國，2003年3月17日上海鐵通宣布已經採購至少50套無線光通信設備廠商Terabeam的FSO系統。上海鐵通最初的系統安裝將從陸家嘴金融區開始，FSO系統將服務陸家嘴的企業網以及為吉通，網通，聯通等提供網路租借服務。Terabeam的設備已經在上海和重慶作為跨江的通信設備投入套用。
美國
2010年，AOptix公司為空軍驗證了一種採用適應性光學儀器的系統，這種方式借鑑瞭望遠鏡的設計，用以確保雷射束傳輸和接收質量。1.5微米波長的雷射束能夠高效傳輸，但潮濕的空氣和濃霧會降低信號的傳輸範圍。AOptix公司將他們的系統與無線電頻率發射機結合在一起，作為備用系統。
2012年，美國俄亥俄州萊特-帕特森空軍基地的空軍研究實驗室與阿肯色州費耶特維爾的空間光子學(Space Photonics)公司合作，研發一種名為“自由空間光學通訊”的紅外雷射系統。這種雷射通訊攜帶的信息量超過Wi-Fi等其他無線信號並且安全性更高。
紅外雷射通訊之所以具有較高的安全性要歸功於這種雷射的特性。紅外雷射束很窄，敵方無法竊聽，除非他們正處在傳輸線路上，這與無線電波形成鮮明對比。
自由空間光學通訊 - 發展趨勢
大氣信道的研究
主要研究大氣信道的空間損耗，不同氣象條件下的傳輸衰減，大氣閃爍，空氣散射，背景噪聲等。其主要目的是準確掌握某地的氣候等通信條件，同時找到氣象條件影響通信質量的規律，為通信的實現提供參考數據。
傳輸可靠性的研究
這個方面的研究工作主要是在某地區一定通信條件下，採取必要的發射接收技術來正確進行數據的傳輸。
傳輸速率的提高
FSO相對於其他接入設備最大的優勢之一就是頻寬。FSO產品的速率從2M開始，形成多個系列，比較典型的有10Mb/s，100Mb/s,155Mb/s,622 Mb/s。有的公司採用波分復用（WDM）技術，速率可以達到2.5Gb/s，10Gb/s。
設備網路拓撲的研究
FSO網可以有三種拓撲，即點到點、點到多點（星型）和網狀網，也可以把他們組合起來使用。已使用的系統多採用點到點結構，網狀結構的優點是可以把業務集中到一點再接入核心網，效率較高、比較經濟。但缺點是能提供的頻寬較少，可靠性差。網狀結構的優點是通過多個網路節點可以提供幾乎實時的迂迴選路，使服務得到保護。
