光無(wú)線(xiàn)通信系統技術(shù)解析

20世紀90年代后期，全球通信網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始大規模擴容，先是廣域網(wǎng)的不斷擴展，接著(zhù)是城域網(wǎng)的大量建設。與此同時(shí)，用戶(hù)內部的局域網(wǎng)快速增長(cháng)。將這些高速的局域網(wǎng)連接到運營(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(wèn)題，但鋪設的昂貴和耗時(shí)卻限制了它的發(fā)展。許多無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)也能解決“最后一公里”問(wèn)題，但存在頻率通道的擁擠以及申請困難和電磁輻射的安全問(wèn)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(wèn)題。

　　光的無(wú)線(xiàn)寬帶傳輸是新近發(fā)展的接入方式，是光通信和無(wú)線(xiàn)通信結合的產(chǎn)物，光無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)隨著(zhù)激光器件的工程開(kāi)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(guò)光纖傳送信號。這種技術(shù)的接入系統在組成結構上與光纖傳送系統非常相似，物理組成也是非常簡(jiǎn)單的，用戶(hù)無(wú)需申請無(wú)線(xiàn)頻率，而且起始投資低，運營(yíng)費用低，能快速裝設，可提供與光纖系統相似的傳送帶寬。由于系統具有傳輸速率快、結構簡(jiǎn)單、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，在跨江跨河等不具備有線(xiàn)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(lái)越多電信運營(yíng)商的關(guān)注，應用范圍不斷擴大。已商用的這類(lèi)系統，容
量從 100 Mbit/s到2.5 Gbit/s。也有一些試驗采用波分復用技術(shù)，達到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使用，一般限于2 km以下。但在許多場(chǎng)合下，作為一種獨特的方式，光無(wú)線(xiàn)接入可以起到很好的作用，成為當前已有幾種寬帶接入方式很好的補充手段。

　　1、光無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)的基本結構和技術(shù)

　　光無(wú)線(xiàn)通信是一種視距傳輸技術(shù)，其基礎是電-光和光-電的轉換，可以實(shí)現數據、影像和等的傳輸，以大氣作為媒質(zhì)。實(shí)際上激光出現后最先研制的就是光無(wú)線(xiàn)通信系統。光無(wú)線(xiàn)通信的優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠、信道容量大、發(fā)射天線(xiàn)小、保密性好以及抗電磁干擾等。除此以外，光無(wú)線(xiàn)通信不需要許可執照，不需要鋪設電纜，不需要挖溝，不需要租用線(xiàn)路，不需要頻譜規劃，建設周期短，對環(huán)境沒(méi)有影響。寬帶光無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信因為這些優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到關(guān)注。

　　一個(gè)光無(wú)線(xiàn)通信系統構成如圖1所示，包括三個(gè)部分：發(fā)射機、信道和接收機。光發(fā)射機的光源受到電信號的調制，并通過(guò)作為天線(xiàn)的光學(xué)望遠鏡，將光信號經(jīng)過(guò)空間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，值得注意的是，發(fā)送端和接收端之間，必須是互相視線(xiàn)可見(jiàn)的，兩終端之間不能有阻擋。由于大氣空間對不同光波長(cháng)信號的透過(guò)率有較大的差別，可以選用透過(guò)率較好的波段窗口。光無(wú)線(xiàn)系統通常使用0.85μm或1.5 μm紅外波段。0.85μm的設備相對便宜，一般應用在傳輸距離不太遠的場(chǎng)合。1.5μm的設備價(jià)格要高一些，但在功率、傳輸距離和視覺(jué)安全方面有更好的表現。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)安全規定允許1.5μm波長(cháng)設備的功率可以比0.85μm的設備高2個(gè)等級， 1.5μm波長(cháng)的光無(wú)線(xiàn)通信具有更廣闊的使用前景。

圖1　光無(wú)線(xiàn)通信系統示意

　　光無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)按照組網(wǎng)的結構來(lái)說(shuō)?？山M成點(diǎn)對點(diǎn)、星形（點(diǎn)到多點(diǎn)）和格形（網(wǎng)狀網(wǎng)）三種結構。點(diǎn)到點(diǎn)結構是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )拓撲，目前已使用的系統多數采用此結構，其原因是大多數系統只是用來(lái)連接企業(yè)內部的各幢大樓，作為高帶寬的專(zhuān)線(xiàn)連接。點(diǎn)到點(diǎn)結構的優(yōu)點(diǎn)是獨立的鏈路，網(wǎng)絡(luò )規劃簡(jiǎn)單；其缺點(diǎn)也很多，例如不能低成本有效地進(jìn)行擴展；光鏈路沒(méi)有任何保護，有一個(gè)點(diǎn)出故障，鏈路就中斷。它不適合電信級系統。

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

　　格形（網(wǎng)狀網(wǎng)）結構的主要優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)多個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)可以提供幾乎實(shí)時(shí)的迂回鏈路，使服務(wù)得到保護，即具有服務(wù)恢復或服務(wù)冗余度的特點(diǎn)。網(wǎng)狀網(wǎng)結構還可以把業(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 )規劃復雜。