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大气激光通信称自由空间光通信FSO(Free-Space-Optics)或无线光通信。早在120年前,大气激光传输的概念就由电话发明人贝尔提出过,进入20世纪60年代，随着红宝石激光器的出现,大大改善了大气激光通信系统的传输性能。FSO技术在20世纪80年代就开始用于军方，随着掺饵光纤放大器(EDFA)、波分复用(WDMA)、自适应光学(AdaptiveOptics)等技术不断发展,无线光通信在传输距离、可靠性、传输容量等方面有了较大改善,适用面也越来越宽。
一、FSO的基本原理
(1)FSO技术是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，它以激光为载体、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”的美誉。
(2)FSO技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力，能以千兆的速度进行全双工通信且具有成本上的优势。它的工作原理与光纤通信系统类似，包括光发送、光传输和光接收3个部分，所用的基本技术也就是光电的转换。在点对点传输的情况下，在发送端和接收端之间，必须是互相可视的，两终端之间不能有阻挡。FSO结合了光纤通信和无线通信各自的优势，具有频带宽的特点，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4km，但通常在1～2km有稳定的传输效果。由于激光具有直线性和窄波束的特点。FSO主要用于点对点视距传输。与光纤通信不同的是，FSO以大气为媒质，光载波信号通过大气而不是通过光纤来传送。系统还需要保证收发两点之间，光信号良好的准直稳定。
(3)FSO技术利用红外激光束为载体传输数据，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。FSO技术既能提供类似光纤的速率,又不需在频谱这样的稀有资源方面有很大的初始投资。FSO用激光或光脉冲在太赫兹(THz)光谱范围内,这一光谱目前没有开设业务,FSO不会与其他传输发生干扰，可以免费使用。唯一的要求是设备功率不能超过国际电子技术委员会规定的功率上限(IEC60825-1标准)。
(4)FSO是物理层传输设备，以光为传输媒介，任何传输协议均可容易地叠加上去，对语音、数据、图像等业务可以实现透明传送。由于采用激光通信，能量集中，不向空中其他方向产生辐射，因此，FSO系统不会同频干扰，即使链路交叉也不影响通信，因此，同一地点可以装多套FSO设备。
二、FSO的技术优势
光纤传输无疑是最安全可靠的通信方式，光纤接入系统可传送巨大的容量，但光纤敷设较长的周期及高额投资限制了其普及，需要敷设管道，涉及到诸多的申报审批手续，因此开通需要等候很长的时间。而且，光纤一旦铺设完毕，如果用户要搬迁，则浪费了投资。在某些情况下，甚至是不可能装设的,尤其是在有自然或人工障碍物的情况下进行布线时。FSO不需要敷设光纤，无管道工程施工及维护费用，其施工方便、工期短、无需为穿越公路或铁路等申请许可证。总体造价低，特别是在城市的大楼之间，往往不便于铺设光纤，FSO技术就显出其独到的优势。因此，在有难以逾越的布线障碍物或对建网速度要求快的情况下，或对经常需要搬迁的机动性单位，FSO能在建筑物之间成为替代光纤的一种网络连接方案。微波技术日渐成熟，但这种接入方式需要较高的初始投资（频谱许可证），对业务提供商而言，这种接入技术不如FSO经济；与微波通信比较，FSO工作在不需管制的光谱范围，无须无线电通信申请频率使用证和昂贵的使用费。FSO性能价格比要优于诸如LMDS和MMDS等无线接入手段。FSO相对而言是一种比较好的方案，与其他接入技术相比较，具有比较明显的优点：
(1)带宽高：可提供与光纤系统相似的传送带宽。已商用的FSO系统，容量从2Mbps～2.5Gbps或更高；由于受到气象条件的限制，只能在较短的距离内使用，一般限于2～4km以下。但在许多场合之下，作为一种独特的方式，成为当前现有几种宽带接入方式很好的补充手段。在目前许多不具备光纤线路，但又需要较高速率的情况下，FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。
(2)无需申请频率：由于工作在无须管制的光谱,不占用拥挤的无线电频率资源，FSO因设备间没有信号的相互干扰，也不会与其他传输发生干扰，没有频率许可问题，故无需申请频率许可证。
(3)安全保密性强：FSO的波束很窄，非可视光，夜间也无法发现，因此无法探测到链路的位置，更不存在窃听的可能性，安全保密性好。FSO很难被截取,波束又非常定向,是对准某一接收机的。即使被截取,用户也会发现,因为链路被中断了，因此，FSO比无线系统安全得多。尤其适用于金融、法律、军事等保密要求高的部门。
(4)快速链路部署：FSO组网便捷迅速，因为不需要埋设光纤和等待各种手续上的问题，只需一天或更短的时间即可安装和调试成功。适用于临时、应急通信，特别适合临时性机动性高的场所；以及特殊地形和地貌、有线方式难以实现紧急组网和军事组网。当公司搬迁或临时驻军时，无需重新安装光纤从而节约成本。当添加其他节点时,FSO的网络结构无须改变,易于扩容升级,用户的容量也很容易增加,只需稍作接口的变动就能改变容量。
(5)协议透明：FSO以光为传输媒介，任何传输协议均可容易地叠加上去，现在通信网络常用的SDH、ATM、IP等都能通过；对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送。(6)成本低：起始投资和运营费用低，FSO的成本是光纤传输的1/10～1/3。无线光接入传送bit/m的价格最低，这一数值，是最接近的微波无线接入的一半。加上其附加投资不多，与一般的微波无线接入相比，可省去频率申请使用的开销，甚至可节省规划的费用。
三、FSO的应用领域
由于无线光传输技术已经非常成熟，所以产品主要集中在如何使FSO技术变成一种更实用的产品，FSO技术在国内外的应用领域也将主要被作为“最后一公里”的解决方案、局域网桥接、光纤备份、临时连接以及蜂窝网的基站互连和用于比较特殊的商业服务。自由空间光通信应时而出，结合了光纤和无线通信的优点，提供了高带宽、高安全性、互不干扰、安装快速和高性价比的宽带接入解决方案。
(1)FSO具有带宽高、部署快捷、费用合理的优势。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，还可用于建筑物比较分散的企业局域网子网之间的连接，尤其是在一些不宜布线的场所，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。或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方。FSO对于银行、证券、政府机关等需要稳定服务的商业应用来说，可以作为预防服务中断的光纤备份设备。由于FSO产品安装快速简易，因此可在展览会、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。FSO可应用于各种领域，更多的应用有待于市场的进一步开发。
(2)骨干网扩展：通信服务厂商在骨干网建设上花费大量资金，以提升网络整体性能与快速发展的市场需求。但是，很多网络应用的瓶颈不在骨干网上而是在最后一公里。为了在现有的骨干网上，快速进行扩展和向外延伸，FSO是一种不错的选择。
(3)宽带光接入：目前主干网的频宽容量急剧增加,同样，客户终端网络的频宽也从10Mb/s增加到100Mb/s,再到千兆以太网。而网络接入部分仍未有可突破频宽成本与容量瓶颈的有效解决方法。因此，FSO有很大的发展空间。目前已使用的FSO系统大多数用来连接企业内部的各幢大楼，作为宽带的专线连接。FSO也可以组成更为复杂的光无线通信网络，连接大楼群。多点的网络拓扑结构可以把业务集中到一点(集线器或中心节点)，再接入核心网。通过多个网络节点可以提供几乎实时性的迂回路由，使服务得到保护。还可以把业务集中到某些特定点，再有效地接入光纤网络。
(4)城域网扩展：FSO还可以用于城域网的扩展,即在现有城域网上向外延伸、连接新的网络。这些链路通常不到达最终用户，而是为网络核心服务。FSO还非常适用于企业网、校园网等局域网，实现各局域网网段的互联。
(5)光系统备份：大多数电信运营商都采用两条光纤连接来保证所构建的商业应用网的安全。现在运营商无需部署两条光纤链路，可以选择FSO系统作为备份光纤的冗余链路，以节省投资。
(6)基站间互连：FSO相对于RF来说，可提供更宽的带宽，这些特点对于构建无线回程传输网甚为适宜。FSO可用来连接移动电话基站与交换中心,将基站接收的信号传至与有线公用电话网相连的交换中心设备。3G的升温更使FSO行业欣喜不已，一旦其真正上马，便会铺设密集的基站，而FSO可以比微波更能实现基站与交换中心间155M的宽带互连。
四、FSO的市场前景
近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系结构，随着各国接入网市场的逐渐开放，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，接入网开始成为人们关注的焦点。在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术，然而至今尚无一种接入技术可以满足所有应用的需要，接入技术的多元化是接入网的一个基本特征。骨干网的带宽由于光纤的大量采用而相对充足，限制带宽需求的主要瓶径在接入段。光接入网是发展宽带接入的长远解决方案，但目前这种方式还存在工程造价太高，建设速度慢等缺点，而且对于部分网络运行企业来说，不具备本地网络资源，在这种情况下，要进入和占领接入市场，采用宽带无线接入技术是一个比较合适的切入点。
由于电信管制的放松引出了越来越多的新通信公司,它们的主要目的是提供宽带业务,需要使用可扩展的、经济上承受得起的基础设施来提供可靠的网络接入,把宽带业务带给用户。尤其对于城市里需要高速数据和因特网接入的企业而言,FSO不失为一种经济有效的选择。随着光电器件技术的发展,无线光通信系统近年来逐渐成熟,为接入网传输提供了一种全新的传输手段。由于它也是利用光作为信息传输的载体,理论上具有与光纤通信一样的巨大带宽和无穷潜力。从国外发达国家来看,无论是无线光通信系统设备还是组网设计都已很成熟并开始进入规模商用阶段。随着电信领域竞争的日趋激烈，宽带接入资源的拥有和快速部署已成为占领市场和争取主动的重要因素。在市场需求的拉动下，各种宽带接入解决方案纷纷登场，其中FSO以其带宽宽、部署快、不须频率申请的特点，一经推出就引起了业界的关注。首先是市场上不断增长并永远不能满足的带宽需求。近10年来数据通信的业务发展十分迅速，加速了人们对通信网宽带化的需求。巨大的带宽需求必须要有高频率的载波支持，光频是宽带信息的最理想载体。第二是通信市场从骨干网转向了接入网，促使人们寻求能提供高带宽、低成本的便捷接入技术。第三是越来越多的新兴通信公司需要使用可扩展的、经济上承受得起的基础设施来提供可靠的网络接入，把宽带业务带给用户。
此外，技术进步也给FSO提供了坚强支持，这些技术包括满足半导体激光器和高灵敏度的光电探测器，自适应光学信息处理器，体积小、重量轻、特性好、安装校准便捷的光学收发天线，光学窄带滤波和自动跟踪瞄准等，基本可以满足FSO系统的要求。因此，在大气中的可视距离范围内，实现全天候光通信并在宽带网络的“最后一公里”接入中应用已经没有技术障碍。近段时间,我国数据业务在移动通信整个业务收入中所占的比例呈现上升趋势。更重要的是,将来的市场主要由服务和应用驱动,并非由技术驱动,而应用是没有止境的,应用越多、越升级,需要的带宽就越多。因此,新、老通信公司都面临着迅速安装高带宽、低成本连接的压力，解决宽带接入问题现在已经成为当务之急。另外，寻找真正能提供高带宽、低成本的接入技术也是FSO的另一市场驱动力。在过去5年中,用户驻地网的带宽也从10Mbps增加到100Mbps,再到千兆比以太网,只剩下网络接入部分仍是带宽成本与容量的瓶颈得不到经济有效的解决方法。要打破无线宽带接入的瓶颈,只有开发更有容量潜力的光谱。
尽管FSO还存在一些有待改进的技术问题，但自由空间光通信的技术优势更为明显。在低成本、快速组网等方面具有较大优势的FSO的市场前景非常广阔。在未来几年里，FSO将作为一个有力的手段进入宽带接入驻地网市场，特别是用于没有光纤连接的中小企业。宽带应用热的姗姗来迟使很多无线设备供应商的日子很不好过，但无线光通信设备的发展一直呈稳健之势。由于用户无法在短期内实现光纤接入,而他们却渴望享受宽带接入带来的便利,于是,FSO成了他们实现“最后一公里”宽带接入的替代选择。自由空间光通信技术有着广阔的市场需求。FSO还可用来连接3G网络的基站，这样其应用前景将更加广阔。3G预计的火热市场,舆论亲和的态度表明了业界对FSO技术的看好。而随着国内光通信市场的复苏，许多新兴运营商都开始关注并初步应用FSO。FSO通信正在进入本地宽带接入市场，其市场前景非常看好，被业界称为电信十大热门技术之一。FSO技术目前主要应用于“最后一公里”接入中建筑物之间的网络桥接上，预计到2005年，这方面的应用将会占据FSO设备市场的2/3。随着FSO技术发展成熟，在未来1~2年内，FSO技术必定成为脱颖而出的通信手段。StrategisGroup预测FSO设备的全球销售额将在2005年达到20亿美元的规模，表明了业界对FSO技术的看好。
作者:崔麦会
光通信技术的发展篇2
一、引言
自由空间光通信或称无线光通信(FSO:FreeSpaceOpticalCommunication)是一种新型的宽带接入方式。FSO是一种小功率红外激光束通过大气为介质传送光信号的激光通信系统,它有两种工作波长:分别是850nm和1550nm。850nm的设备相对便宜,一般主要应用在传输距离不太远的场合。1550nm的设备价格要昂贵一些,但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。FSO和光纤通信一样,具有频带宽的优势,能支持155Mb/s～10Gb/s的传输速率,传输距离可达2～4km,但通常在1～2km有稳定的传输效果。随着激光技术的不断发展进步,关键器件在耐用性、可靠性等方面已经成熟,价格也十分便宜,从而大大降低了FSO设备的造价;与光纤线路相比,FSO不仅建设周期较短、成本低廉、大约是光纤到大楼成本的1/10～1/3。因此,在目前许多企业和机构都不具备光纤线路,但又需要较高速率(如STM-1或更高)的情况下,FSO不失为一种解决"最后一公里"瓶颈问题的有效途径。
二、FSO在国内外发展的技术现状
早在20世纪60年代,人们就对自由空间光通信进行过研究,但当时主要用于军事及实验目的,其商业应用是在最近几年才在美国兴起。在国外,一些大型电信设备公司对FSO系统产生了极大的兴趣,如美国、俄罗斯、加拿大及西欧的一些发达国家已开始试用这种系统。比较典型产品有As-troTerra公司的TERRALINK4-155系列产品、Air-Op-tica公司的UWIN802、PLH802系列和PAV数据系统公司的SKY系列产品。而Terabeam公司和Airriber公司已将PSO应用于商业服务;尤其是Terabeam公司,在2000年悉尼奥运会上成功地使用FSO设备进行图像传送,在西雅图的四季饭店也成功地利用FSO设备向客户提供100Mb/s的数据连接。1999年,光通信的巨头朗讯公司做了相距2.4km、速率为2.5Gb/s、波长为1550nm的无线光通信实验;2000年做了40Gb/s密集波分复用4.4km无线光通信实验。据2001年有关文献报道,朗讯公司做了目前通信容量最大的FSO通信系统试验--采用光纤放大器可以在200m的通信距离内,实现20Gb/s～160Gb/s速率的数据通信,这项技术代表着国际最高水平。在国内,从事FSO研究的主要有中国电子科技集团公司第34研究所(桂林)、成都光电技术研究所及上海光机所等单位。中国电子科技集团公司第34研究所早在1971年就开始进行FSO技术研究。1997年,该所派专家赴俄罗斯进行实地考察FSO的应用情况,之后组建了技术攻关小组。经过近几年的努力,34所已成功开发出了一系列的FSO设备,如:专用网接入系列、以太网专用系列、图像传输专用系列、GSM信号传输系列等,传输速率从2M～2.5Gb/s,通信距离可达4km,工作波长有850nm和1550nm。目前,34所已完成155Mb/s、622Mb/s速率的超长距离(10km)带有自动跟瞄系统(Auto-TrackingSystem)的大气通信系统,并已通过上级主管部门的验收。成都光电技术研究所已经开发出了工作波长为850nm,可以传输1km、4km两种距离的两款产品,其工作波长为850nm,速率可达10Mb/s。上海光机所承担的"无线激光通信系统"项目的研制,该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能,传输速率可达622Mb/s,通信距离可达2km。
三、理想的"最后一公里"宽带接入方案
随着我国通信传输骨干网建设的日趋完善,人们急需"最后一公里"大容量信息的快速接入,设备运营商们也提出了许多种宽带接入方案,常用的宽带接入方式如表1所示。我们从表1中可知,FSO较其它接入方式具有如下优、缺点。优点:⑴无需频谱许可证。由于FSO属于无线光通信,设备之间不存在频率干扰的问题,所以也就不需要向国家主管部门申请频率许可证。⑵带宽高。FSO设备一般都可实现2M～2.5Gb/s的速率,理论上还可以支持更高速率的业务传输。⑶安全保密性强。由于FSO波束定向性好,一般采用非可视光,夜间使用也不会被发现。因此无法探测链路位置,更不存在窃听问题。⑷协议透明。FSO是以光为传输媒介,任何传输协议均可容易地叠加上去,对语音、数据、图像等业务可以实现透明传送。⑸成本低。FSO的成本是光纤到大楼的1/10～1/3。⑹机动灵活。由于设备体积小,易于快速安装开通。就是转移地方,也很方便。缺点：⑴对天气敏感。FSO设备对大气比较敏感,一般遇到大风、大雾、沙尘等恶劣天气时,对传输业务质量会造成较大影响。⑵为了使FSO能够传输更远距离的业务,设备厂商一般都会采用加大激光器功率,这在一定程度上可能会造成对人体的伤害。综上所述我们可以看到,FSO作为宽带接入具有很大的优势,是较为理想的解决"最后一公里"宽带接入方案。它不仅用于无线宽带接入,还可作为光纤通信系统的备份、城域网的扩展,非常适用于企业网、校园网等局域网,实现各局域网网段之间的互联互通。FSO系统在应用时,也常常会遇到的一些实际问题(如通信链路的阻断、安装点之间建筑物晃动造成激光不易对准、恶劣天气条件等),但经过技术人员的努力都得以解决,已有措施确保达到一定的可靠性。
四、结束语
由于FSO自身固有的特点,它作为一种宽带接入技术,以其灵活方便的接入方式,在较短距离的情况下,以低廉的成本投资可获得光纤传送的容量。特别是无需向主管部门申请频率和许可证,在不便于铺设光缆或安装微波的环境下,FSO可作为一种新的接入选择。结合我国现阶段宽带网络的实际情况--许多企业和机构都不具备光纤线路,但又需要较高速率(如STM-1或更高),FSO不失为一种解决"最后一公里"瓶颈问题的有效途径。FSO系统解决了宽带网络的"最后一公里"的接入,实现了光纤到桌面,完成语音、数据、图像的高速传输,拉动了声讯服务业和互动影视传播,实现了"三网融合",有利于电子政务、电子商务、远程教育及远程医疗的发展,并产生了巨大的效益,具有广阔的应用领域和市场前景。
作者:郑勇刚 李博 单位:中国电子科技集团公司
光通信技术的发展篇3
激光通信是当今社会信息传播的最重要、最常规的手段。按照传输介质的不同，激光通信可分为光纤通信、自由空间光通信和水下通信。自由空间光通信（Free-SpaceOpticalCommunication，简称FSO），也称为无线激光通信，是一种通过激光在无需光纤的情况下实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。在宽带接入、广域网和城域网扩展、局域网互联、深空通信等领域有广泛的应用前景，是当前光通信研究的热点之一。
一、FSO简介
FSO技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力，能以千兆的速度进行全双工通信且具有成本上的优势。它的工作原理与光纤通信系统类似，包括光发送、光传输和光接收3个部分，所用的基本技术也就是光电的转换。在点对点传输的情况下，在发送端和接收端之间，必须是互相可视的，两终端之间不能有阻挡。FSO结合了光纤通信和无线通信各自的优势，具有频带宽的特点。由于激光具有直线性和窄波束的特点，FSO主要用于点对点视距传输。与光纤通信不同的是，FSO以大气为媒质，光载波信号通过大气而不是通过光纤来传送。系统还需要保证收发两点之间，光信号良好的准直稳定。自由空间光通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。FSO系统主要由光发送机、光接收机、光学天线（透镜组和滤波片）和大气信道以及捕获、跟踪及瞄准（ATP）子系统组成，如图1所示。电信号经过调制器调制到由激光器产生的光载波上，再通过光学发射天线对光束整形将光信号发射到大气空间。光信号经大气信道传输，到达接收端，光学天线将接收到的光信号聚焦至光电探测器转化成电信号，经放大滤波处理，再解调成原信息。自动跟踪系统的主要功能是确保两个通信终端的精确定向，完成通信链路的建立[1]。和其他无线通信相比，它具有不需要频率许可证、带宽高、成本低廉、保密性好，低误码率、链路部署快速、协议透明、抗电磁干扰组网方便灵活等优点[2]。特别适合骨干网的扩建、光纤网络的备援、宽频接入、企业应用、无线基地台数据的回传等领域以及其他需要高速接取的终端。随着光通信器件制造技术的飞速发展，企业对短距离高速率传输的需求越来越高，使得无线光通信技术又受到了各国军事和民用的关注。
二、FSO的应用领域
FSO具有以上技术优势，以其独特的性质，在很多领域都能有广泛的应用，例如：1）城域网的扩展[3]，通信服务厂商在骨干网建设上花费大量资金，以提升网络整体性能与快速发展的市场需求。FSO可以用于扩展已有的城域网，将新的网络与骨干网相连接。2）企业、校园互连。由于FSO是以小功率的红外激光束为载体，可将收发器装设在楼顶或窗外传输数据。FSO的灵活性使它可以应用于许多企业和学校，例如企业LAN到LAN的连接及校园网的连接。以FSO来代替光纤接取各局端，不但能降低成本，而且具有更高的传输速度，主干传输速率可以达到1Gbps甚至10Gbps[4]。3）军事应用以其高保密性和安装快捷的特性广泛的应用于军事场所。4）作为光纤的补充。目前大多数电信运营商都采用两条光纤连接来保证所构建的商业应用网的安全，现在，运营商无需部署两条光纤链路，可以选择FSO系统作为备份光纤的冗余链路，以节省投资。5）无线基地台数据的回传。FSO也可用来接入移动电话基地台与交换中心，将基地台接收的信号传至与有线公用电话网相连的交换中心设备[5]。
三、FSO的现状和发展趋势
早在20世纪60年代，人们就对自由空间光通信进行过研究，但当时主要用于军事及实验目的，其商业应用是在最近这些年才在美国兴起。国外在自由空间光通信(FSO)领域已经开始了将近10年的研究，但是FSO产品真正投人使用也就是最近几年的事情。美国、英国、加拿大等国的十几家厂商正在从事FSO的相关研发工作。目前，国际市场上AirFiber、LightPointe等公司是推广FSO技术的先行者。比较典型产品有AstroTerra公司的TERRALINK4-155系列产品、Air-Optica公司的UWIN802、PLH802系列和PAV数据系统公司的SKY系列产品。而Terabeam公司和Airriber公司已将FSO应用于商业服务；尤其是Terabeam公司，在2000年悉尼奥运会上成功地使用FSO设备进行图像传送，在西雅图的四季饭店也成功地利用FSO设备向客户提供100Mb/s的数据连接。大部分的FSO系统的设计均处于较短距离100～500m的技术水平，大多采用的是中等功率10～100mW激光二极管或小型光电二极管的低成本解决方案。就国内FSO的发展来说，还基本在起步阶段。在国内，从事FSO研究的主要有中国电子科技集团公司第34研究所（桂林）、成都光电技术研究所及上海光机所等单位。中国电子科技集团公司第34研究所早在1971年就开始进行FSO技术研究。FSO设备最初来到中国应该在2000年前后，那时国内从事FSO研究的主要是一些具有军方研究项目的研究所。后来，FSO获得了较好的发展，主要FSO设备公司不断取得技术和商业上的进展。清华同方公司的FSO产品TFOW100-1已经面世，它能提供100Mbps的带宽，定位在1000m之内的网络连接应用。但是还没有一家公司规模性的生产FSO设备。当然这也有FSO设备由于本身的可靠性，在国内暂时不被运营商看好的因素。FSO技术原理比较简单，关键的问题是如何提高传输的可靠性，使其尽量达到用户的要求。现在的研究方向大多是提高可靠性，然后提高传输距离与速率，大致有以下几个方面。
(1)大气信道的研究
对于大气对通信信号的干扰分析，不能仅局限于大气的吸收和散射等，还要注意大气湍流引起的闪烁、光束漂移、扩展以及大气色散等问题。这些因素都会影响接收端信号的信噪比，从而影响系统的误码率和通信距离、通信带宽。其主要目的是准确掌握某地的气候等通信条件，同时找到气象条件影响通信质量的规律，为通信的实现提供参考数据。因此，必须在这方面做更深入详尽的分析，提出解决方案。
(2)传输可靠性的研究
这个方面主要是对信号源和接收技术的研究。对于信号源，除了要求输出光束质量好、工作频率高、出射光束窄以外，还要考虑激光器的输出功率稳定性、频率稳定性、光束方向稳定性和工作寿命等。有一些公司，比如LightPointe公司，采用多光束（四个）发射技术，既可以克服气穴的影响，同时可以克服小鸟等引起的光路的突然割断。还有比较重要的一种技术就是跟踪技术，这方面cannon公司是代表。它一般采用CCD利用光强度或者波形来自动定位、调整发射端的位置。现在几个大的FSO生产厂家都有自己的一些自己的专利技术来解决这个问题。据统计，MRV公司现在拥有最多的FSO专利，达16项之多。现在电路部分的做法一般是采取大功率连续单纵模激光器加高灵敏度Si光电二极管来克服大气信道带来的衰减，减少误码。
(3)传输速率的提高
FSO相对于其他接入设备最大的优势之一就是带宽。现在FSO产品的速率从2M开始，形成多个系列，比较典型的有10Mb/s，100Mb/s,155Mb/s,622Mb/s。有的公司采用波分复用（WDM）技术，速率可以达到2.5Gb/s，10Gb/s。
(4)FSO设备网络拓扑的研究
FSO网可以有三种拓扑，即点到点、点到多点（星型）和网状网，也可以把他们组合起来使用，既可以单独使用，也可以组合使用。目前已使用的系统多采用点到点结构，其原因是大多数系统只是用来连接企业内部的各幢大楼，作为高带宽的专线连接。网状结构的优点是可以把业务集中到一点再接入核心网，效率较高、比较经济。但缺点是能提供的带宽较少，可靠性差。网状结构的优点是通过多个网络节点可以提供几乎实时的迂回选路，使服务得到保护。随着自由空间光通信技术的不断完善，由点对点系统向光网络系统发展是大势所趋。有专家预测，未来的自由空间光网络将形成一个立体的交叉光网，可在大气层内外和外太空卫星上形成庞大的高容量通信网，再与地面上的光纤网络相沟通，满足未来的各种通信业务需求。
(5)保密性的研究
自由空间光通信的安全保密性较好，因为红外激光的波束窄且不可见，很难在空中发现其通信链路。同时，激光束定向性好，如果想截取，一般需要在链路中插入，这是很难做到的，而即使被截取，用户也会发现，因为链路被中断。因此，自由空间光通信系统比微波系统安全得多。但是经分析论证，由于自由空间光通信信道的开放性，窃听信号而又不阻断光束的传播，也是可以做到的，所以深入研究自由空间光通信的保密方法和技术是十分必要的[7]。从以上看来，现在FSO的发展方向是：首先提高系统的可靠性，然后在此基础上增加系统的传输速率，传输距离，从而找寻FSO更多的使用领域；同时研究FSO的网络拓扑结构，以使得FSO设备发挥最大得潜能。随着通信需求和设备技术的进步，自由空间光通信系统已开始进入实用化研究阶段。相信不久的将来，激光通信将取代微波通信成为星际间通信的主要手段。无线电系统和光无线系统在许多方面可互为补充，光无线系统能提供小区域的高速连接，而无线电系统能提供大区域内低速通信。各种系统的无缝连接将能使用户得到更方便的服务。
四、结语
作为一种宽带接入技术，FSO以其灵活方便的接入方式，较短距离的情况下，以低廉的成本投资可获得光纤传送的速率。同时在最后一公里接入等领域也有着相当的竞争优势。自由空间光通信的任务不是取代已经发展成熟的光纤通信和微波通信，而是发挥自己特色，成为整个通信网络中的一个环节，与其他通信方式互相补充、互相配合、发挥重要作用，FSO在未来的通信领域中必将占据重要地位。自由空间光通信技术受到越来越多用户的认可，我们相信兼有光通信和无线通信优势的FOS技术会有广阔的、迷人的前景。
【参考文献】
［1］吴迪.自由空间光通信系统的设计及性能分析[D].浙江：浙江大学,2007.
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作者:杨青丽 单位:电子科技大学成都学院电子工程系
