FSO技术:大众化的无线光纤

　　光纤网络正以稳定的步伐在全球展开部署。但是它的成本通常都非常高，铺设过程耗时，而且投资不可撤回。相反，无线光纤技术由于成本低廉，能够快速部署，所以可以在城域网和局域网中为光纤网络提供有益的补充。

　　关于FSO

　　FSO(Free Space Optical)技术具有与光纤相同的带宽传输能力，使用相似的光学发射器和接收器，甚至还可以在自由空间实现波分复用(WDM)技术，具备低雨衰、无需申请频段、设备易升级等微波不可比拟的优势，而且其开放的接口支持来自多种厂商的仪器。目前市场上的产品最高支持2.5Gbps的传输速率，最大传输距离为4公里。不过FSO技术在理论上没有带宽上限，160Gbps的设备正在研制当中。

　　无线光纤技术在中国以及全世界的电信行业正引起广泛关注。原因很简单：无线光纤技术可以在城域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下埋设光缆的五分之一，并且不需要等待6个月甚至更久才能拿到施工许可证。此外，FSO设备的重新部署非常简单，固网运营商由此可以避免光缆的安装资金滞留在某一座建筑中所带来的风险。对于移动运营商来说，在昂贵的E1/T1租用线路和带宽较低的微波解决方案之外，FSO在流量回输方面又提供了一种经济的替代选择。在目前竞争激烈的电信业大环境中，FSO无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署、加快“服务提供速度”，并降低网络操作费用提供了可能。

　　FSO产品目前最高速率可达2.5G，最远可传送4km，在本地网和边缘网等近距离高速网的建设中大有用武之地，主要应用于一些不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方，如市区高层建筑物之间、公路(铁路)两侧的建筑物之间、不易架桥的河流两岸之间、古建筑、高山、岛屿以及沙漠地带等。另外，FSO设备也可用于移动基站的环路建设、场所比较分散的企业局域网子网之间的连接和应急通信。对于银行、证券、政府机关等需要稳定服务的商业应用来说，FSO产品可以作为预防服务中断的光纤备份设备。鉴于FSO产品安装快速简易，因此也可在展览会、短期租用的建筑、野外的临时工作场所或地震等突发事件的现场作为一种临时的通信连接。

　　可是，目前在中国，无线光纤技术在广大的企业及事业单位用户中还没有被广泛应用。主要原因是一般的行业用户对FSO技术了解不多，很多人甚至没有听说过。另外一些人则对 FSO 技术的使用存在着一定程度的误解和疑虑，其中主要包括：

　　◆ FSO 的可用性和网络在线时间比较差;

　　◆ FSO技术对于天气比较依赖，如大气的分子吸收、折射率会造成射束偏转;

　　◆ 因为大气分子和悬浮颗粒会发生散射(不适用于雾、雨、雪天气);

　　◆ 飞鸟、吊塔或者其他高空障碍物会造成射束中断。

　　无线光纤的可靠性

　　事实上，近年来FSO在技术方面已经有了较大的突破。对于大气衰减、稳定性等问题，目前业界可通过以下几种方式进行解决:

　　选用适合的波长

　　对基于FSO的系统来说，最常用的光学波长是近红外光谱中的850纳米(nm)。在这个频率上，有足够的能量将电流信号高效地转换成光信号。除了具有快速调制能力之外，高能量密度对获得高指向性同样有帮助。接收器负责将高容量的调制光信号高效率地转换成电子信号。

　　除此之外，还有一些基于FSO的系统使用1500纳米的波长，可以支持更大的系统功率，但只有在通信距离超过1000米的情况下，才能显示出优势。

　　最近，人们倾向于开发能在近红外光谱之外工作的FSO系统，例如2.2微米左右的中红外光谱，甚至包括量子级联激光(约10微米)。然而，不管使用的是什么波长，在雨雪等天气中(具有较大的悬浮物颗粒)，所有基于FSO的系统都具有类似的表现。在大雾天气，长波系统更有优势，因为它受大气衰减的影响较小。图1展示了FSO在不同波长和能见度下的衰减曲线。

　　使用自动功率控制和定位跟踪技术提高稳定性

　　为了开发面向未来的基于FSO的系统，使其具有更高的可用性和在线时间，需要采取全新的方式。例如，为无线光纤系统配备自动功率控制(automatic power control，APC)和自动跟踪特性。APC允许产品的发射功率自动调节，使接收器永远不会出现过度调变的情况。其优点在于，用户可以使用功率更高的发射器，保证无线光纤系统能在雾天使用。在附表展示的例子中，2个基于FSO的系统相距500米部署。其中，系统A的发射功率是1 mW，且不具备自动功率控制特性;系统B则集成了自动功率控制特性。在这种情况下，系统B的优势是显而易见的。由于系统A只能在1 mW的功率下工作，所以在天气晴朗的时候可能出现过度调变的情况。相反，系统B能控制功率，一旦因为天气原因造成能见度低，它有超过15dB的附加功率可供利用。

　　在无线光纤系统中，发射器和接收器的镜头设计必须在以下几个方面取得平衡：大光圈(接收器大光圈有助于获得较大的光线入射)、较短的焦距(由设备的体积决定)以及更容易的调节功能。相应地，在商业应用中，人们采取各种不同的方式来取得这种平衡。

　　一方面，有些基于FSO的系统使用的是Fresnel(菲涅尔)镜头，它的特点是具有一个较大的接收角和镜面，但缺点在于直射光的高入射会显著影响接收器的敏感性; 另一方面，有些基于FSO的系统采用多镜头设计，它们的累积光学信号能显著增强发射质量，但是，这种系统的低发射和接收角(1～5 mrad)对调节和系统稳定性提出了更高的要求，尤其是用于超出2000米的远距离通信时。考虑到这个原因，一些FSO产品的领先厂商(如LightPointe)进行了一项意义深远的技术革新，即“自动跟踪”，采用可以在x和y轴上移动的万向支架，可以主动调整接收器，在任何情况下都能处在一个理想的位置上。对FSO系统进行控制的软件能够补偿1ms～10ms内的大气波动，并能在极短的1～10s内完成补偿。

　　无线光纤的行业应用

　　一般来说，凡是需要高带宽连接而又无法敷设光缆/电缆的情况下，均可使用 FSO技术。它的优点包括：

　　◆ 低成本——安装简便，不需预先估计线路成本;

　　◆ 不需施工许可证;

　　◆ 无干扰;

　　◆ 高带宽—从100Mbps 到2.5Gbps;

　　◆ 灵活(容易缩放);

　　◆ 适用于任何环境(不依赖某种协议)。

　　只有网络连接得到充分的扩展，延伸到足够广泛的客户群体时，信息产业令人激动的各种可能性才会成为现实。通过结合无线光纤与光纤技术，网络能够迅速地建立起来，并为渴望高带宽的最终用户提供价格合理、易于扩展的连接。

　　什么是无线光纤技术(FSO)?

　　一种基于光传输方式、采用红外激光承载高速信号的无线传输技术，以激光为载体、以空气为介质，用点对点或点对多点的方式实现连接，由于其设备也以发光二极管或激光二极管为光源,因此又有“虚拟光纤”之称。FSO技术利用小功率的红外激光束为载体在位于楼顶或窗外的收发器间传输数据，红外波段比微波波段更小，更加灵活和方便。FSO系统的工作频段在300GHz以上，该频段的应用在全球不受管制，而且可以免费使用。FSO产品目前最高速率可达2.5G，最远可传送4km。