光無線通信系統(tǒng)技術(shù)解析

20世紀(jì)90年代后期，全球通信網(wǎng)絡(luò)開始大規(guī)模擴(kuò)容，先是廣域網(wǎng)的不斷擴(kuò)展，接著是城域網(wǎng)的大量建設(shè)。與此同時(shí)，用戶內(nèi)部的局域網(wǎng)快速增長(zhǎng)。將這些高速的局域網(wǎng)連接到運(yùn)營(yíng)商的通信網(wǎng)絡(luò)，必須依靠容量巨大的接入網(wǎng)絡(luò)。光纖雖能解決傳輸速率的問題，但鋪設(shè)的昂貴和耗時(shí)卻限制了它的發(fā)展。許多無線通信技術(shù)也能解決“最后一公里”問題，但存在頻率通道的擁擠以及申請(qǐng)困難和電磁輻射的安全問題，如何提供快速、低價(jià)、安全的寬帶接入，成為迫切需要解決的問題。

　　光的無線寬帶傳輸是新近發(fā)展的接入方式，是光通信和無線通信結(jié)合的產(chǎn)物，光無線通信技術(shù)隨著激光器件的工程開發(fā)利用而日趨成熟。它利用高度集中的光束穿透大氣空間作為信息的傳輸載體，而不是通過光纖傳送信號(hào)。這種技術(shù)的接入系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)上與光纖傳送系統(tǒng)非常相似，物理組成也是非常簡(jiǎn)單的，用戶無需申請(qǐng)無線頻率，而且起始投資低，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，能快速裝設(shè)，可提供與光纖系統(tǒng)相似的傳送帶寬。由于系統(tǒng)具有傳輸速率快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，在跨江跨河等不具備有線接入條件和需快速組建通信網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)合有很高的使用價(jià)值，也受到越來越多電信運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。已商用的這類系統(tǒng)，容
量從 100 Mbit/s到2.5 Gbit/s。也有一些試驗(yàn)采用波分復(fù)用技術(shù)，達(dá)到160 Gbit/s的速率。盡管受到氣象條件的限制，只能在較短的距離內(nèi)使用，一般限于2 km以下。但在許多場(chǎng)合下，作為一種獨(dú)特的方式，光無線接入可以起到很好的作用，成為當(dāng)前已有幾種寬帶接入方式很好的補(bǔ)充手段。

　　1、光無線通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)

　　光無線通信是一種視距傳輸技術(shù)，其基礎(chǔ)是電-光和光-電的轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、影像和等的傳輸，以大氣作為媒質(zhì)。實(shí)際上激光出現(xiàn)后最先研制的就是光無線通信系統(tǒng)。光無線通信的優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)、信道容量大、發(fā)射天線小、保密性好以及抗電磁干擾等。除此以外，光無線通信不需要許可執(zhí)照，不需要鋪設(shè)電纜，不需要挖溝，不需要租用線路，不需要頻譜規(guī)劃，建設(shè)周期短，對(duì)環(huán)境沒有影響。寬帶光無線通信的電子頻譜位于極高的光頻段，不存在微波等電磁干擾。光無線通信因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，越來越受到關(guān)注。

　　一個(gè)光無線通信系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，包括三個(gè)部分：發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)。光發(fā)射機(jī)的光源受到電信號(hào)的調(diào)制，并通過作為天線的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，將光信號(hào)經(jīng)過空間送到接收端的望遠(yuǎn)鏡。高靈敏度的光接收機(jī)，將望遠(yuǎn)鏡收到的光信號(hào)再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，值得注意的是，發(fā)送端和接收端之間，必須是互相視線可見的，兩終端之間不能有阻擋。由于大氣空間對(duì)不同光波長(zhǎng)信號(hào)的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段窗口。光無線系統(tǒng)通常使用0.85μm或1.5 μm紅外波段。0.85μm的設(shè)備相對(duì)便宜，一般應(yīng)用在傳輸距離不太遠(yuǎn)的場(chǎng)合。1.5μm的設(shè)備價(jià)格要高一些，但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現(xiàn)。1.5μm的紅外光波大部分都被角膜吸收，照射不到視網(wǎng)膜，因此，相關(guān)安全規(guī)定允許1.5μm波長(zhǎng)設(shè)備的功率可以比0.85μm的設(shè)備高2個(gè)等級(jí)， 1.5μm波長(zhǎng)的光無線通信具有更廣闊的使用前景。

圖1　光無線通信系統(tǒng)示意

　　光無線通信網(wǎng)按照組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來說。可組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、星形（點(diǎn)到多點(diǎn)）和格形（網(wǎng)狀網(wǎng)）三種結(jié)構(gòu)。點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，目前已使用的系統(tǒng)多數(shù)采用此結(jié)構(gòu)，其原因是大多數(shù)系統(tǒng)只是用來連接企業(yè)內(nèi)部的各幢大樓，作為高帶寬的專線連接。點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立的鏈路，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃簡(jiǎn)單；其缺點(diǎn)也很多，例如不能低成本有效地進(jìn)行擴(kuò)展；光鏈路沒有任何保護(hù)，有一個(gè)點(diǎn)出故障，鏈路就中斷。它不適合電信級(jí)系統(tǒng)。

　　星形（點(diǎn)到多點(diǎn)）結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以把業(yè)務(wù)集中到一點(diǎn)（集線器或中心節(jié)點(diǎn)）再接入核心網(wǎng)，效率較高、比較經(jīng)濟(jì)；其缺點(diǎn)是能提供的帶寬較少，每條鏈路仍無冗余保護(hù)，可靠性較差。為了在視距內(nèi)連接盡可能多的大樓，集線器的位置非常關(guān)鍵。

　　格形（網(wǎng)狀網(wǎng)）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是通過多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以提供幾乎實(shí)時(shí)的迂回鏈路，使服務(wù)得到保護(hù)，即具有服務(wù)恢復(fù)或服務(wù)冗余度的特點(diǎn)。網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)還可以把業(yè)務(wù)集中到某些特定點(diǎn)：再有效地接入網(wǎng)絡(luò)，比較符合電信級(jí)的要求。其缺點(diǎn)是傳輸距離短、成本高（每幢大樓有多條鏈路），網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜。