無(wú)線(xiàn)光纖(FSO):安全可靠的橋接技術(shù)

　　摘要：

　　當今的信息產(chǎn)業(yè)依賴(lài)于數據、語(yǔ)音和多媒體通過(guò)電信網(wǎng)絡(luò )的傳輸。雖然一系列新技術(shù)使傳統的銅芯電話(huà)線(xiàn)能夠更有效地負載信息，但光網(wǎng)絡(luò )仍然是高帶寬通信的最理想的媒體。 有些時(shí)候，由于地理環(huán)境、實(shí)際情況的限制而不能敷設光纜的話(huà)，便可使用無(wú)線(xiàn)光纖技術(shù)組網(wǎng)。

　　目前，光纖網(wǎng)絡(luò )正在以穩定的步伐進(jìn)行部署，但它的成本通常都非常高，鋪設過(guò)程耗時(shí)，而且投資不可撤回。相反，無(wú)線(xiàn)光纖技術(shù) （FSO）由于成本低，能快速部署，所以能在城域網(wǎng)和局域網(wǎng)中為光纖網(wǎng)絡(luò )提供有益的補充。

　　1. 簡(jiǎn)介

　　目前，無(wú)線(xiàn)光纖技術(shù)在中國以及全世界的電信行業(yè)已被廣泛地采用。原因很簡(jiǎn)單，：無(wú)線(xiàn)光纖技術(shù)（FSO）可以在城域光網(wǎng)之外提供高帶寬連接，而其成本只有地下埋設光纜的五分之一，而且不需要等6個(gè)月才能拿到施工許可證。此外，FSO設備的重新部署非常簡(jiǎn)單，因此有線(xiàn)運營(yíng)商可避免光纜的安裝資金滯留在某一個(gè)建筑上的風(fēng)險。對于無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商，在昂貴的E1/T1租用線(xiàn)路和帶寬較低的微波解決方案之外，FSO在流量回輸方面提供了一個(gè)經(jīng)濟的替代選擇。在目前這個(gè)競爭激烈的環(huán)境中，FSO無(wú)疑為電信運營(yíng)商以較低的成本加速網(wǎng)絡(luò )部署，提高"服務(wù)速度"，并降低網(wǎng)絡(luò )操作費用提供了可能。

　　可是目前在中國，無(wú)線(xiàn)光纖技術(shù)在廣大的企業(yè)及事業(yè)單位用戶(hù)中還沒(méi)有被廣泛應用。主要原因是一般的行業(yè)用戶(hù)對 FSO 技術(shù)了解不多，很多人甚至沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)。另外一些對 FSO 技術(shù)的使用存在著(zhù)一定的誤解和疑慮；其中包括：

　　FSO 的可用性和網(wǎng)絡(luò )在線(xiàn)時(shí)間比較差。

　　FSO技術(shù)對于天氣比較依賴(lài)：大氣的分子吸引、折射率會(huì )造成的射束偏轉

　　因為大氣分子和懸浮顆粒而發(fā)生的散射（霧、雨、雪）

　　由于飛鳥(niǎo)、吊塔或者其他高空障礙物而造成的射束中斷

　　2. 無(wú)線(xiàn)光纖 (FSO) 技術(shù)的可靠性

　　近年，FSO技術(shù)已被廣泛采用，技術(shù)方面也有較大的突破。對于大氣衰減，穩定性等問(wèn)題可通過(guò)以下幾點(diǎn)解決：

　　選用適合的波長(cháng)-對于基于FSO的系統來(lái)說(shuō)，最常用的光學(xué)波長(cháng)是近紅外光譜中的850納米（nm）。在這個(gè)頻率上，有足夠的能量將電流信號高效地轉換成光信號。除了具有快速調制能力，高能量密度對獲得高指向性同樣有幫助。接收器負責將高容量的調制光信號高效率地轉換成電子信號。

　　除此之外，還有一些基于FSO的系統使用1500納米的波長(cháng)，可以支持更大的系統功率，但只有在通信距離超過(guò)1000米的情況下，才能顯示出優(yōu)勢。

　　如今，人們傾向于開(kāi)發(fā)能在近紅外光譜之外工作的FSO系統，例如2.2微米左右的中紅外光譜，甚至包括量子級聯(lián)激光（約10微米）。然而，不管使用的是什么波長(cháng)，在雨雪等天氣中（具有較大的懸浮物顆粒），所有基于FSO的系統都具有類(lèi)似的表現。在大霧天氣，長(cháng)波系統更有優(yōu)勢，因為它受大氣衰減的影響較小。

　　使用自動(dòng)功率控制和定位跟蹤技術(shù)提高穩定性-為了開(kāi)發(fā)未來(lái)的基于FSO的系統，使其具有更高的可用性和在線(xiàn)時(shí)間，需要采取全新的方式。例如，LightPointe是為其無(wú)線(xiàn)光纖系統配備一個(gè)自動(dòng)功率控制（automatic power control，APC）和自動(dòng)跟蹤特性的首批公司之一。APC允許產(chǎn)品的發(fā)射功率能自動(dòng)調節，使接收器永遠不會(huì )出現過(guò)度調變的情況。其優(yōu)點(diǎn)在于，用戶(hù)可以使用功率更高的發(fā)射器，保證無(wú)線(xiàn)光纖系統能在霧天使用。

　　其中，系統A的發(fā)射功率是1mW，且不具備自動(dòng)功率控制特性。系統B則集成了自動(dòng)功率控制特性。在這種情況下，系統B的優(yōu)勢是顯而易見(jiàn)的。由于系統A只能在1 mW的功率下工作，所以在天氣晴朗的時(shí)候可能出現過(guò)度調變的情況。相反，系統B能控制功率，一旦因為天氣原因造成能見(jiàn)度低，在這個(gè)例子中，它有附加的超過(guò)15 dB附加功率可供利用。

　　在無(wú)線(xiàn)光纖系統中，發(fā)射器和接收器的鏡頭設計必須在以下幾個(gè)方面取得平衡：大光圈（接收器大光圈有助于獲得較大的光線(xiàn)入射）、較短的焦距（由設備的體積決定）以及更容易的調節功能。相應地，在商業(yè)應用中，人們采取各種不同的方式來(lái)取得這種平衡。一方面，有些基于FSO的系統使用的是Fresnel（菲涅爾）鏡頭，它的特點(diǎn)是具有一個(gè)較大的接收角和鏡面，但缺點(diǎn)在于直射光的高入射（會(huì )顯著(zhù)影響接收器的敏感性）。另一方面，有些基于FSO的系統采用多鏡頭設計，它們的累積光學(xué)信號能顯著(zhù)增強發(fā)射質(zhì)量。但是，這種系統的低發(fā)射和接收角（1-5 mrad）對調節和系統穩定性提出了更高的要求，尤其是用于超出2000米的遠距離通信時(shí)?？紤]到這個(gè)原因，FSO產(chǎn)品的領(lǐng)先廠(chǎng)商LightPointe進(jìn)行了一項意義深遠的技術(shù)革新，即"自動(dòng)跟蹤"。采用可以在x和y軸上移動(dòng)的萬(wàn)向支架，可以主動(dòng)調整接收器，在任何情況下都能處在一個(gè)理想的位置上。對FSO系統進(jìn)行控制的軟件能夠補償1-10 ms內的大氣波動(dòng)，并能在極短的1 - 10 s內完成補償。

　　3. 無(wú)線(xiàn)光纖（FSO）在一般行業(yè)用戶(hù)的應用

　　一般來(lái)說(shuō)，凡是需要高帶寬連接而又無(wú)法敷設光纜/電纜的情況下均可使用 FSO。它的優(yōu)點(diǎn)包括：

　　4. 小 結

　　只有網(wǎng)絡(luò )連接得到充分的擴展，延伸到一個(gè)廣泛的客戶(hù)群體，信息產(chǎn)業(yè)令人激動(dòng)的各種可能才會(huì )成為現實(shí)。雖然電話(huà)線(xiàn)能提供這種連接，但它們不具有真正的高帶寬通信所需的容量。光纖骨干網(wǎng)絡(luò )或者"核心"具有這種帶寬，但尚未連接到大多數潛在的用戶(hù)。

　　建設光學(xué)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，一種新思維是為昂貴和耗時(shí)的純光纖城域網(wǎng)提供一種替代方案。通常，結合無(wú)線(xiàn)光纖與光纖技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )能迅速地建立起來(lái)，并為渴望帶寬的最終用戶(hù)提供價(jià)格合理的、易于擴展的連接。